一. 什么是Lambda Bz:&f46{
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 SBz/VQ
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, 5;(0 $4I
nzWQQra|?
NnP.k7m)
\imp7}N
class filler phmVkV2a;#
{ P#v^"}.Wd
public : "f<#.}8
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} .aJ%am/:%
} ; 7jT#BWt
E[ 0Sst x
_jo$)x+'x
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: oSmjs
<"A#Eok|4
wx./"m.M
#w;;D7{@m
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); CWBbSGk
yi|:}K$
s&0*'^'O[S
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 j3LNnZY
0R*}QXph
NN11}E6
GZS{&w!
二. 战前分析 RyE_|]I62u
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。 ,8~dz
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 Zikm?(J
<ZV7|'^
WSS(Bm|B
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); sSV^5
/* --------------------------------------------- */ 4rm87/u*0
vector < int *> vp( 10 ); )%BT*)x
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); X~%IM1+L;
/* --------------------------------------------- */ w0aHEvH/
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); y+= \z*9
/* --------------------------------------------- */ :/~_sJt C
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); X tR`?
/* --------------------------------------------- */ eWw y28t
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); T%w(P ^qk
/* --------------------------------------------- */ y/H8+0sEk
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); gsi<S6DQ8
A>5S]
;2BPPZ
f)WPOTEY
看了之后,我们可以思考一些问题: pRmE ryR(U
1._1, _2是什么? sY_fq.Z
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。 aC4m{F[
2._1 = 1是在做什么? pIL`WE1'
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。 *6'_5~G
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。 hl}dgp((
[-QK$~[ g
m8p4U-*j
三. 动工 |]I#CdO
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: -^0KE/
=qan%=0"h
,I=O"z>9
6B
/Jp
template < typename T > f&f[La
class assignment eMztjN
{ /1U,+g^O>
T value; aQC7 V !v
public : E|\3f(aF
assignment( const T & v) : value(v) {} V`U/'N-ay
template < typename T2 > ;B(;2.<"J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } E#m76]vkCU
} ; L{zamVQG
e_\SSH@tw
N%:D8\ qx
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 2zwuvgiZ
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 3$;J0{&[i
N
c9<X
Ogn,1nm%
oK%K+h
class holder #xDDh`
{ +38Lojb}
public : Sv~PXi^`H
template < typename T > 4D0(Fl
assignment < T > operator = ( const T & t) const ?|\0)wrRf
{ WReYF+Uen
return assignment < T > (t); 65 NWX8f}
} J*/$ywI
} ; E\W;:p,{A
>I{4
P^i6MZ?
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: 9*"[pt+tA
hn*}5!^
static holder _1; ':9%3Wq]j
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 @w+WLeJ$40
Z{Lmd`<w`j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YN$ndqOP
而不用手动写一个函数对象。 Ov F8&*A
8uD8or
RRK^~JQI.2
ytuWT,u
四. 问题分析 iG?w;
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。 q_OY sg
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。 2X
qPZ]2g
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 17?NR\Q
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 7]R6
下面我们可以对这几个问题进行分析。 1==P.d(
bgkbwE
五. 问题1:一致性 :T8u?@.
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?| ZP]2/;h
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 77Q4gw~2U
.N'%hh
struct holder 5M/%%Ox
{ gwZ+GA
// ~GsH8yA_P
template < typename T > ZdJVs/33Vn
T & operator ()( const T & r) const yHV^a0e7EH
{ E`
:ZH
return (T & )r; !8H!Fj`|j
} TPN:cA6[c
} ; &VtWSq-)
~)oWSo5ll
这样的话assignment也必须相应改动: Jv '3](
Fj4l %=
template < typename Left, typename Right > 0`aHwt/F
class assignment 8Iqk%n~(
{ w>1l@%Uo
Left l; +?J_6Mo@X
Right r; , 4h!"c
public : 8VBkI Ygb
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} v)v{QNQp^
template < typename T2 > a!SR"3 k
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } KBUAdpU8
} ; 83p$!8]u
s~IA},F,\
同时,holder的operator=也需要改动: 5,G<}cd
~Sn5;g8+\
template < typename T > Ynk><0g6
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const {!:|.!-u
{ +w_MSj#P
return assignment < holder, T > ( * this , t); ~0Q\Lp);
} :c+a-Py
$E
N`L'
4v)
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 uj+.L6S
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 wUZ(Tin
&j
wnM
return l(rhs) = r; *;ZW=%M
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 O #uaGziFf
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: OmoplJ+
pE YrmC
template < typename Tp > lL(}dbT~N
class constant_t lhW#IiX
{ R+@sHsZ@
const Tp t; qU
/Wg
public : O
#p)~V8~
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} i &SBW0)
template < typename T > JXZ:Wg
const Tp & operator ()( const T & r) const t"!8
{ >k&lGF<nl
return t; eW }jS/g`
} JXI+k.fi
} ; ~$TE
gw}7%U`T9
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 zN729wK
下面就可以修改holder的operator=了 {) '"
k6w
~n]2)>6
template < typename T > Br.$L
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const (fLbg,
{ C>(M+qXL+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); /i]=ndAk
} pN^G[
?6l,
同时也要修改assignment的operator() 3vvFF]D5k
_`Yvfz3
template < typename T2 > #dn%KMo2r
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } $BO}D
现在代码看起来就很一致了。 EF7|%N
fAA@ziKg
六. 问题2:链式操作 ss M9t
现在让我们来看看如何处理链式操作。 3\U,Kg
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ?U.&7yY
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 Bbe/w#Z
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 X:} 5L>'
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct SJ|.% gn
vng8{Mx90*
template < typename T > >=q!!'$:
struct result_1 6[Pr<4J
{ J|64b
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ^Ihdq89 t
} ; JcALFKLB
URzE+8m^
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: fN? Lz%z3
v.8S
V]
template < typename T > ]\b1~ki!F
struct ref pa> 2JF*
{ 0_xcrM
typedef T & reference; b<8J ;u<
} ; KX`nHu;
template < typename T > ''
A[`,3
struct ref < T &> -r2qIt
{ BKlc{=
typedef T & reference; :@4>}k*
} ; 2W-NCE%K)T
A,CPR0g%
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: I`}vdX)
!v;_@iW3e
template < typename T > +H^V},dBp!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const qFsg&<
{ o4
OEA)k)=
return l(t) = r(t); vYm&AD
} ((IBaEq
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。 !iz vY
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ^Th"`Av5
Bc@r*zb
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 YV!V9
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: oX]1>#5UMg
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 |"E9DD]{
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 YGO 7lar
最后的布局是: r#w_=h)
Add )aA9z(x
/ \ !5 :[X vI#
Divide 5 HkB<RsS$p_
/ \ 7;-i_&vws
_1 3 qN,FX#DP
似乎一切都解决了?不。 vgp%;-p(
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。 8}E(UsTa
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。 (c|qX-%rC
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: O)Dw<j)
$U.'K!B
template < typename Right > *t*&Q /W
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const zMqEMx9
Right & rt) const DczF0Ow
{ tNf" X!
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); A
=#-u&l
} ?{P6AF-xcf
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 KcF+!;:
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 Q3{&'|}^2
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 e(% Solkm?
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 7?WBzo!!L
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 8t
\>
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? l5nDt$Ex
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: q _|5,_a
?v~3zHK
template < class Action > *pUV-^uo
class picker : public Action xVX||rrh
{ ^aWNtY'
:
public : nL20}"$E
picker( const Action & act) : Action(act) {} O;t?@!_
// all the operator overloaded D)Rf
} ; tBUQf*B
t"vO&+x
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。 Z6@J-<u
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: 'yjH~F.
!#s7 F
template < typename Right > [t)i\ }V
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const fzG1<Gem
{ Ou,_l
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); <5vB{)Tq
} RteTz_z{
~,-O
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ^#nWgo7{7
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。 )#Bfd(F
}@6
%yR
template < typename T > struct picker_maker Lbkn Sy C
{ 2/N*Uk 0
typedef picker < constant_t < T > > result; F;@&uXYgc
} ; l;kZS
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > g}KZL-p4\m
{ *uM*)6O 3
typedef picker < T > result; ]arskmB]
} ; s4k%ty}
fG5} '8
下面总的结构就有了: o^6 j(~
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。 X6
:~Rjim*
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。 SnU{ZGR>sP
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 kovzB]
至此链式操作完美实现。 @23x;x
=6YO!B>7
B`EgL/Wg[
七. 问题3 MoHvXp;X
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。 N)Kr4GC
X;>} ;LiK
template < typename T1, typename T2 > f`rz)C03
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 3<V!y&a
{ ^`?>
Huu<w
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 83*k.]S`
} !2I wuru
*4y r7~S5
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: qNL~m'
$c47cJO)W
template < typename T1, typename T2 > XS/TYdXB8
struct result_2 vn0*KIrX
{ "ukbqdKD
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; DL_\luh
} ; o-=lH tR
:nEV/"#F
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? }iAi`_\0;
这个差事就留给了holder自己。 {NDP}UATw
i[#Tn52D
pC8i&_A
template < int Order > UMaKvr-C&
class holder; 9Z
4R!Q
template <> [K- s\
class holder < 1 > 6'zy"UkH
{ rOT8!"
public : %}:J
9vra
template < typename T > 6B{Awm@v}X
struct result_1 -AQX-[B
{ 0f1#TgX
typedef T & result; X9HI@M]h
} ; OpQa!
template < typename T1, typename T2 > IIZsN*^
struct result_2 _I!&w!3oM
{ kpu^:N&
typedef T1 & result; (C%'I
} ; i$bBN$<b<
template < typename T > H_FhHX.2(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const sTz*tSwQv
{ k_B^2=
return (T & )r; "Wp<^s sMo
} D6WsEd>
template < typename T1, typename T2 > Jt8 v=<@
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const !Ao?bs'
{ ?da 3Azp
return (T1 & )r1; IpxjP\
} kZNZ?A<D
} ; b&1@rE-
%ZK}y{u\
template <> =qRVKz
class holder < 2 > P'8E8_M}
{ Apn#o2
public : k|5nu-B0v
template < typename T > :*1w;>o)n
struct result_1 R7i*f/m
{ ~7
TzUb
typedef T & result; u+_#qk0NfK
} ; %`'VXR?`h=
template < typename T1, typename T2 > :y)'qv[
struct result_2 KJiwM(o
{ YaU A}0cW
typedef T2 & result; 6_Kz}PQ
} ; q}jf&xUWzH
template < typename T > &%lhov
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const $H^6I8>
{ sq_:U_tJ
return (T & )r; pP @#|T
} KB5{l%>
template < typename T1, typename T2 > |zMQe}R@%
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const G u=Rf`o
{ qU}DOL|
return (T2 & )r2; 4]bT O
} oa|0=
} ; L*z;-,
hk
I$ow (
A SSoKrFL
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 C N"c
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: G\Me%{b#
首先 assignment::operator(int, int)被调用: yrjm0BM#
;%1^k/b6t
return l(i, j) = r(i, j); .<.qRq-
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) bA)Xjq)Rr
fh~&&f