一. 什么是Lambda v^fOT5\
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ]_8I_VcQ
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, 6 JYOe
I>Fh*2
\|`Pul$
Tk&9Klo
class filler z|)1l`
{ !13
/+ u
public : l>Ja[`X@
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @|%ICG c
} ; JBAK*g
M|e
n>P
|o=ST
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: luk2fi<$
+\vY; !^
-Bv1}xf=6
{0WIDD
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ]f-'A>MC
4 ~YQ\4h=
SliQwm5
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 E/$@ud|l"
^i)Q
CDU7
*Ne2l`!1m
Tc5OI' -V
二. 战前分析 8;f<q u|w
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 qS}RFM5|
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 / !
x][9ptrh
bTy)0ta>AF
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); <ZC^H
/* --------------------------------------------- */ {^5<{j3e
vector < int *> vp( 10 ); G^@Jgx3n
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); u+'@>%7
/* --------------------------------------------- */ 5@t uo`k
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ^npS==Y]!.
/* --------------------------------------------- */ $0S#d@v}
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); `e'o~oSu
/* --------------------------------------------- */ ;@YF}%!+W
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 3et2\wOX1x
/* --------------------------------------------- */ 5QFXj)hR+4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); eTRx 6Fri(
YEPG[W<kg
p2c=;5|/Q
,#jhKnk2e
看了之后,我们可以思考一些问题: m/c&/6nk
1._1, _2是什么? Nk7e iQ
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 R ms01m>Y
2._1 = 1是在做什么? !0csNg!
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 a.dxgW[
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 E<#4G9O<
L8w76|
Kg TGxCH
三. 动工 ,dj*p,J
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: "kBqY+:Cn
w]Ko/;;^2
0.BUfuuh
*v
nxP9<
template < typename T > zhX`~){N6
class assignment a[74%L?
{ YK?*7
T value; L^ #< HQ
public : 7fW=5wc
assignment( const T & v) : value(v) {} ~Riu*<
template < typename T2 > o&XMgY~
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } +G!jKta7B
} ; C=dx4U~
S-LZ(o{ZL
!G"9xrr1
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 aa0`y
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 7tfivIj)e
|1QbO`f/F
A M1C
$
5e/qgI)M5
class holder >\?z37:T
{ (+gL#/u
public : +i`Q 7+d
template < typename T > jqX@&}3@
assignment < T > operator = ( const T & t) const =, C9O
{ V@f6Lj
return assignment < T > (t); hM36QOdm
} s?@)a,C%k
} ; F[7Kw"~J
DD@)z0W
U7]<U-.&
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Xb<DpBrk
}#ep}h
static holder _1; J~iOP
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 S7UZGGjTk
"^9[OgE:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); {HIR>])o
而不用手动写一个函数对象。 ];pf
$c@w$2
ol$2sI=.s
p| \%:#
四. 问题分析 _}I(U?Q-C
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 d`9W
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 /lS+J(I
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ?~aZ#%*i8
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 atLV`U&t
下面我们可以对这几个问题进行分析。 1jH7<%y
zd*3R+>U'>
五. 问题1:一致性 @,x_i8
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 49+ >f
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ;m@1Ec@*p
o~v_PD[S
struct holder ET,Q3X\Oe
{ =zeFK_S!
//
eeW' [
template < typename T > 5:Yck<
T & operator ()( const T & r) const >aEL;V=}P
{ XJx,9trH
return (T & )r; I#|ocz
} _ yfdj[Ot`
} ; K<@[_W+
\C]i|]tl
这样的话assignment也必须相应改动: I?_E,.)[ I
"El^38Ho
template < typename Left, typename Right > U/T4i#
class assignment u.Mqj"o\
{ uy/y wm/?=
Left l; :8p&#M
Right r; HQq`pG%m6
public : mD9STuA$H
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} "'['(e+7
template < typename T2 > Wgxn`6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } I"Q#IvNw
} ; a
@6^8B?w;
{5T0RL{\N
同时,holder的operator=也需要改动: K*_-5e
:
@'fpN
template < typename T > mJ)tHv"7
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ?n!lUr$:y
{ yh S#&)O
return assignment < holder, T > ( * this , t); BjM+0[HC
} CV '&4oq
+'-rTi\
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 t,RyeS/
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 \X&]FZ(*
cp$.,V
return l(rhs) = r; [}z?1Gj;W(
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 CE)*qFs
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: l;Q
>b]DZ
/:U1!9.y
template < typename Tp > S|HY+Z6n'
class constant_t )AOPiC$jL
{ Hw Z^D=A
const Tp t; g;8M<`qvf
public : DlDB=N0@S
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 0f1H8zV
template < typename T > 'f 3HKn<L
const Tp & operator ()( const T & r) const hHpx?9O+!
{ 't7Z] G
return t; 29%=: *R$
} cST\~SUm
} ; d>&\V)E
D}MoNE[r
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 B22b&0
下面就可以修改holder的operator=了 {B3(HiC
Vn'?3Eb<
template < typename T > >rKhlUD
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const +$PFHXB
{ o5P&JBX<
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); r&SO:#rOSM
} 4Q;<Q"
H<,bq*@
同时也要修改assignment的operator() y`rL=N#
V{0%xz #
template < typename T2 > mbyih+amCr
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 8)pB_en3sO
现在代码看起来就很一致了。 &3I$8v|!?
QWw"K$l
六. 问题2:链式操作 .3@Ng
现在让我们来看看如何处理链式操作。 -,^WaB7u\
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 Ir/:d]N*
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 !N1J@LT5h
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Atd1qJ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ]U[&uymax
!Av1Leb9$
template < typename T > Y''6NGf
struct result_1 x6ahZ
{ =:gjz4}_8
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ^>^\CP]
} ; ")ED)&e
KaW~ERx5
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: zw]3Vg{T
p.C1 nh
template < typename T > jn$j^51`C
struct ref '00J~j~
{ ^X&)'H
typedef T & reference; c;wA
} ; ;g9% &
template < typename T > -L8YJ8J6
struct ref < T &> `VZZ^K9zR
{ Fc'[+L--Q
typedef T & reference; dF
e4K"
} ; | 3giZ{
1~@|eWr|
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: PBrnzkoY
o@3B(j;J`
template < typename T > rz.IoQo
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const hJ[UB
{ HN68!v}C|
return l(t) = r(t); Lm|al.Z
} fa{@$ppx
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 M/#U2!iFk
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 h$Tr sO
h<Wg 3o
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 b[srG6{ &
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: +
|C=ZU
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Gw{+xz KJ
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 L\L"mc|O
最后的布局是: oLS7`+b$
Add iyj3QLqE
/ \ j"hASBTgp
Divide 5 hVUIBJ/5(-
/ \ QNArZ6UQ
_1 3 <hv7s,i
似乎一切都解决了?不。 *1bzg/T<
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 e$|VG*
d
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 \_VmY!I5\
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: m*oc)x7'
T3z(k
la
template < typename Right > Yy
h=G
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ? )_7U
Right & rt) const Y<Q\d[3^F
{ d>!p=O`>{q
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); yX!#a>d"H
} Qra> }e%*
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 zfjw;sUX
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 bulboyA
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 V]c5
Z$Bd
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 "EH,J
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 2xTT)9Tq*
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? m r4b
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: A5XR3$5P
|ym%|
B
template < class Action > {?i)K X^
class picker : public Action qks|d_
{ wiE]z
public : ;'3]{BGcU
picker( const Action & act) : Action(act) {} wL2XNdo}<
// all the operator overloaded p)/
p!d[T/
} ; ^,V[nfQR
ow.j+<M
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 #T \
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: J#7y<
s
p4wr`"Zz
template < typename Right > !kXeO6X@m
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const m:{tgcE
{ ;fGx;D
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); %MJ;Q?KB
} 2jA%[L9d^
(1){A8=?o
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > / L~u02?
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 s;{K!L@
Qb`C)Nh:
template < typename T > struct picker_maker AyTx' u
{ jTSOnF}C~+
typedef picker < constant_t < T > > result; SLoo:)
} ; tt4+ m>/T
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > FC}oL"kk
{ k/lFRi-i
typedef picker < T > result; np6HUH
} ; $(q8y/,R*-
\9/1L?@
下面总的结构就有了: )|]Z>>%t
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 qY# d+F,t
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 CV^c",b_
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 8(xw?|D7
至此链式操作完美实现。 Z2p> n`D
r4;Bu<PQN1
-7`-wu
七. 问题3 ]d'^Xs
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 '6zd;l9Z
Q$=*aUU%G
template < typename T1, typename T2 > RJc%,
]:
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const HDS"F.l5
{ x /
XkD]Hq
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); nNn56&N]
} Oif,|:
[Ox(.
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: [7W(NeMk
&" h]y?Q
template < typename T1, typename T2 > Alz~-hqQ
struct result_2 0BTLcEqgZ
{ X?dfcS*!n
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; H(qm>h$bU
} ; p`>d7S>"
')o0O9/;
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? _t-7$d"
这个差事就留给了holder自己。 6
=gp:I
i\p:#'zk5
)HVcG0H1
template < int Order > r!K|E95oj9
class holder; Hj~O49%j&
template <> arj$dAW
class holder < 1 > 5(J^N
{ - L~Uu^o
public : PqEAqP
template < typename T > -p8e
struct result_1 E`xU m9F
{ t[2i$%NVM
typedef T & result; {;k_!v{
} ; +,_c/(P
template < typename T1, typename T2 > X8CVY0<o
struct result_2 _01Px a2.
{ T]71lRY5
typedef T1 & result; zM59UQU;
} ; M+ aEma
template < typename T > Yx1 D)
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const :s*>W$Wp4
{ [ud|dwP"
return (T & )r; ;.s:X
} AMTslo
template < typename T1, typename T2 > ?}sOG?{
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const KO,_6>8]U
{ 295w.X(J
return (T1 & )r1; 4VFc|g
} ( V4G<-jG
} ; {A3m+_8
F]5\YYXO
template <> >&hX&,hG
class holder < 2 > q^Inb)FeN
{ u(hC^T1
public : =|0/Ynfe
template < typename T > h7?.2Q&S
struct result_1 ,qy&|4Jz
{ RgGA$HN/
typedef T & result; Cef7+fa
} ; J@`
8(\(
template < typename T1, typename T2 > &@; RI~
struct result_2 \n0gTwiO%
{ bp%S62Dj
typedef T2 & result; mP!N<K
} ; U;gp)=JNT
template < typename T > q6&67u0
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ,?y7,nb
{ (C\r&N