一. 什么是Lambda T:q_1W?h]
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Wr Ht
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, ){`s&? M0
3Yf&F([t
w2!G"oD
n4Nb,)M
class filler SLp &_S@4
{ \Zz"%i
public : 0 3fCn"
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} exw~SvT3
} ; JP`$A
&C<K|F!j!
cHOtMPyQ
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: MTo<COp($
nmZz`P9g
73B,I 0U
"V-k_d "
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); vN:gu\^-
8uq^Q4SU
L;zwqdI
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 k8H@0p
|D+"+w/
d4KTwn5g
I
Y%M5(&Q
二. 战前分析 n2&*5m&$
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。 ,T@+QXh
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 uKc x$
IvGQ7
VLr
eqbQ,, &
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 0+MNu8t
/* --------------------------------------------- */ \MBbZB9@
vector < int *> vp( 10 ); ST$~l7p
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); \J[m4tw^
/* --------------------------------------------- */ r/zuo6"5
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ^Pl(V@
/* --------------------------------------------- */ c} )U:?6
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); #\s*>Z
/* --------------------------------------------- */ .[&0FHnJ5
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ap=m5h27
/* --------------------------------------------- */ WLl_;BgN
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); FJ0Ity4u6
gU\pP,a
CXt9 5O?
-!MrG68
看了之后,我们可以思考一些问题: M)S(:Il6Xx
1._1, _2是什么? /(IV+
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 8G$ %DZ $
2._1 = 1是在做什么? m(CW3:|
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。 e??tp]PLn
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。 ~C[p}MED
gGF]Dq
p3>(ZWPNV
三. 动工 n%'M?o]DF
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: TNe,'S,%
ZrY#B8
p}q27<O*/
$ N`V%<W
template < typename T > 9U[Gh97Sf
class assignment |dIP &9
{ Qn=3b:S-
T value; 7P1G^)
public : a&:1W83
assignment( const T & v) : value(v) {} 9V&}%
template < typename T2 > PdiP5S }/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } .T~<[0Ex+U
} ; Mx9#YJ?t~
PWeCk2 xH
U%%fKL=S
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 x/~qyX8vo
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment EmrUzaGD
od~^''/b
/`(Kbwh
0XouHU
class holder _vOV(#q2a
{ ,n\"zYf]^
public : >,c$e' h
template < typename T > - 7MR2)U
assignment < T > operator = ( const T & t) const ^n8ioL\*i
{ AI
KLJvte
return assignment < T > (t); &\<!{Y<'
} MJ5Ymt a
} ; FY;\1bt<<
MTBHFjXO
,TeJx+z^
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: )Ve-) rZ
V~#e%&73FH
static holder _1; W|@7I@@$"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <JtH/oN
Bmx+QO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); w2*.3I,~)B
而不用手动写一个函数对象。 x)evjX=q
A8,9^cQ]
M)v\7a
n(X {|?
四. 问题分析 "FuOWI{in
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。 -CV_yySc
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。 U-RR>j
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 a=ye!CN^
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 EQQ/E!N8l
下面我们可以对这几个问题进行分析。 [6 d~q]KH
^RL#(O
五. 问题1:一致性 nc<wDE6
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?| TUE*mDRmP
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 }f
rij1/G
LDg"s0n#
struct holder gut[q
{ DI9hy/T(
// -,xCUG<g
template < typename T > :Y? L*
T & operator ()( const T & r) const ;8F|Q<`pV
{ EY~b,MIL4
return (T & )r; 4%! #=JCl
} #h,7dz.d
} ; *"cK_MH/o
E}Ir<\
这样的话assignment也必须相应改动: X;2I'
Kg
Za,MzKd=
template < typename Left, typename Right > :TU|;(p
class assignment #+VH]7]
{ yf|,/{S
Left l; !Cqm=q{K
Right r; fPXMp%T!
public : \.0cA4)[$
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} m/{HZKh
template < typename T2 > K6uZ4 m;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 0[A4k:
} ; 1zo0/<dk
C%c}lv8;^
同时,holder的operator=也需要改动: P:~Xaz\F
4)]w"z0Pc
template < typename T > VSm[80iR0
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 01N]|F:
{ a#i85su
return assignment < holder, T > ( * this , t); ^pI&f{q
} Iw07P2
@B.;V=8wJ
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。 Tbf@qid e
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 8(AI|"A"-
|aAu4
return l(rhs) = r; oAnNdo
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。 A/bxxB7w
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: VV_Zrje
?(C(9vO
template < typename Tp > U,G!u =+
class constant_t uj8G6'm%
{ 'A^ ;P]y
const Tp t; tx$i(
public : l7{]jKJue
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} f82$_1s^
template < typename T > *HT)Au"5
const Tp & operator ()( const T & r) const ?nVwT[
{ Vki'pAN
return t; 5,Q3#f~!
} Ark+Df/
} ; iTX:*$~I
Z.Otci> J
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 {c
82bFiv
下面就可以修改holder的operator=了 C]X:@^Hy
"7w~0?}
template < typename T > .,-,@ZK
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const .2K4<UOAbm
{ ,5Vc
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); >rbHpLm1`
} 8Ce|Q8<8]
y15 MWZ
同时也要修改assignment的operator() $`KddW0_
KC"#
template < typename T2 > %1Ex{H hb
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } L&gC
现在代码看起来就很一致了。 NZu\ Ae
`&3hfiI}
六. 问题2:链式操作 For`rfR
现在让我们来看看如何处理链式操作。 rLkUIG
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。 I "8:IF
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。 v jTs[eq>
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。 YsX&]4vzm
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 2yB@)?V/
n;Nr[hI
template < typename T > nZ4JI+Q)~
struct result_1 +%O_xqq
{ t)#dR._q
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; i8h(b2odQ
} ; r>>4)<C7J
U~;Rzoe)q*
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: n]G_#
;
f *Xum[
template < typename T > /.knZ_aJ!
struct ref u~uR:E%'C
{ z%4E~u10
typedef T & reference; {Df97n%h;
} ; >A]U.C
template < typename T >
A?YU:f
struct ref < T &> 3`Ug]<m
{ Y)Os]<N1
typedef T & reference; h20<X;
} ; }\iH ~T6
!=)R+g6b
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: X@["Jjp
Z+gG.|"k
template < typename T > (f-Mm0%[
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const `:aml+
{ ^R g=*L
return l(t) = r(t); ^|b ]E
} ZqDanDM
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。 vb&1 S
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 =XRTeIZ
yLC5S3^1\"
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 &J]|pf3m
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 46yq F
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 [Iwb7a0p
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 m
L#%H(
最后的布局是: lmsO
6=I4F
Add 35;UE2d)<
/ \ k=nN#SMn
Divide 5 ?k|}\l[X1
/ \ D2,2Yy5y
_1 3 NcuZw?
似乎一切都解决了?不。 #mK/xbW
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。 :jKiHeBQu?
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。 F6L}n-p5
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: -T,/S^
Y%OJ3B(n|
template < typename Right > (O[:-Aqm
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const `rwzCwA1
Right & rt) const N!W# N$
{ 5xS
ze;
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); $i|c6&
} O<*l"fw3
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 V(?PKb-w)
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 ?Z1&ju,Hd-
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 ,mHQ
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 j;BMuLTm1
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 6Mh;ld@
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? F2N)|C<
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: sy\w ^]
wU"0@^k]<
template < class Action > 96VJE,^h
class picker : public Action ~!Ar`=
[
{ 8et*q3D7`
public : brdfjE8
picker( const Action & act) : Action(act) {} ,GU|3
// all the operator overloaded ~Z{IdE
} ; 51)Q&,Mo#
"mk4O4dF
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 tM%
f#O
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: u@@0YUa
7CGxM
template < typename Right > G1!yPQa7d
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 34Fc
oud);
{ ].!^BYNht
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); eZck$]P(6H
} 76} a
`R\nw)xq
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > z5>
{(iY;,
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。 +=N!37+G
=JR6-A1>
template < typename T > struct picker_maker 5PRS|R7
{ >RTmfV
typedef picker < constant_t < T > > result; 7GFE5>H
} ; Jc3Z1 Tt
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > hoDE*>i
{ d3IMQ_k
typedef picker < T > result; 2_i9
q>I
} ; j "^V?e5
"44A#0)B'l
下面总的结构就有了: NI%&Xhn!*>
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。 Cj +{%^#
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。 H}p5qW.tH:
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 T,
z80m}
至此链式操作完美实现。 5gg
Yg$
$;V?xZm[
5;alq]m7
七. 问题3 )5j1;A:gr
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 drM@6$k
oPbxe
template < typename T1, typename T2 > ^z^zsNx
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const } 5nVZ;
{ 7gx
7NDt
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); qs|{
} k%gO
\\D(St
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: c@&`!e
?RMOy$L
template < typename T1, typename T2 > HT%
=o}y
struct result_2 P{gGvC,
{ B(zcoWQ*B
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; f)b+>!
} ; Dus [N<
w
A@?Rj
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? j{`C|zg
这个差事就留给了holder自己。 }j_2K1NS{
)*CDufRFz
Rt6(y #dF
template < int Order > <aPbKDF~V
class holder; Osk'zFiL<
template <> WxrGoo^
class holder < 1 > g2|qGfl{C
{ gx55.}
public : xl]1{$1M
template < typename T > aQTISX;
struct result_1 dsiQ~ [
{ ;WqWD-C
typedef T & result; xis],.N
} ; }iE!(
l
template < typename T1, typename T2 > ~ZuFMVR
struct result_2 ~rl,Hr3Zo
{ qrw"z
iW
typedef T1 & result; ih[!v"bv
} ; ~B2,edkM
template < typename T > ~w,c6Z
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const [vV5@nP:
{ 6A;,Ph2
return (T & )r; VHbQLJ0
} N,?4,+Hc-
template < typename T1, typename T2 > $[*QsU%%
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const CwL8-z0 Jn
{ ulAOQGZ
return (T1 & )r1; d J|/.J$d
} PCkQ hR
} ; ~A-vIlGt!
6oA2"!u^w
template <> t~0!K;nn
class holder < 2 >
<}
BuU!
{ k7cM.<s!
public : QO;OeMQv%
template < typename T > #<k L.e[
struct result_1 G<_<j}=
{ Q&k1' nT5
typedef T & result; -L6YLe%w
} ; 5IJm_oy
template < typename T1, typename T2 > 4b/>ZHFOF;
struct result_2 m.g2>r`NU
{ [(kC/W)!
typedef T2 & result; QrSF1y'd
} ; 2vLV1v$,q
template < typename T > L8WYxJ
k
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const S!@h\3d8{
{ g7-*WN<