一. 什么是Lambda F^'$%XK V
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 fCx(
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, <|4$TH^t
cu($mjC@T
Nw'03Jzx_
v8*)^-Fx
class filler ;o3gR4u_L
{ c%C6d97q
public : <kdlXS>J.
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} [p9v#\G; [
} ; `,-mXxTNT
/j$=?Rp
L)bMO8JH~m
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: 0o=HOCL\
Zt!A!Afu
s:}? rSI
x_nwD"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); "0PrdZMx
m+hI3@j
Q+=pP'cV
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 n?.; *:
&)mZ~cPU3
Y/kq!)u;%L
Nv7-6C6<
二. 战前分析 z}ar$}T
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。 93HVx#
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 g[O?wH-a
N
$) G8
^
~Eh+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); p H y
/* --------------------------------------------- */ $+'H000x
vector < int *> vp( 10 ); ^m w]u"5\
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); jW\:+Taq
/* --------------------------------------------- */ [yXmnrxA
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); q@ -B+
/* --------------------------------------------- */ `F7]M
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); v_!6S|
/* --------------------------------------------- */ J,yKO(}<C
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); (' 5?-
/* --------------------------------------------- */ jmID@37t
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 0SIC=p=J
! I@w3`
u#@/^h;
kh
W.
看了之后,我们可以思考一些问题: r%PWv0z_c
1._1, _2是什么? r(>S
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 +.V+@!
2._1 = 1是在做什么? ;5 j|B|v
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 r<UVO$N
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。 _uQ]I^ 'D
,Xn2xOP
Zhq_ pus"a
三. 动工 +`
Md5.w
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 7ftn
gBv?
GJ,&$@8)
Bu{Kjv
PJ.\)oP
template < typename T > (C!p2f
class assignment aA`eKy) \
{ $Ll9ak}
T value; y(COB6r
public : Z1
D
assignment( const T & v) : value(v) {} 24jf`1XFW
template < typename T2 > URsx>yx
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Y
Zj-%5
} ; }'oU/@yG
;I>nA6A
#A/OGi
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 -r\jIO_
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment PIri|ZS
is<:}z
.zO^"mXjS
+A3/^C0
class holder 'UhoKb_p
{ YdhTjvx
public : X=sE1RB
template < typename T > P6gkbtg
assignment < T > operator = ( const T & t) const 6FB0g8
{ o*KAS@&
return assignment < T > (t); pv]@}+<Dt
} q[$>\Nfg>B
} ; !l'nX
8~'cP?
1w>[
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: Ic/hVKYG5
@M'k/jl
static holder _1; O/~T+T%
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 fQoAdw
w~]2c{\Qz
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); C
@Ts\);^
而不用手动写一个函数对象。 7Jb&~{DVk
5Q10Ohh
:,8y8z$+
3!P^?[p3
四. 问题分析 e9p/y8gC
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 -h8mJ D%Oi
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 A;Uc&G
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 QytO0K5
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 #]Vw$X_S
下面我们可以对这几个问题进行分析。 yCjc5d|tT
]TrJ*~
五. 问题1:一致性 Zr}>>aIJ]k
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?| UN?tn}`!
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Z_ElLY
#A>*pF
struct holder ckX8eg!f
{ B;bP~e>W
// ihkZs3}
template < typename T > 'bfxQ76@sa
T & operator ()( const T & r) const 5zS%F: 3
{ ~vF*&^4Vh
return (T & )r; H [+'>Id:
} uz8eS'8
} ; [)`*k#.=
b8a(.}8*
这样的话assignment也必须相应改动: S(=@2A+;
Pr>$m{
Z
template < typename Left, typename Right > thPAD+u.3
class assignment 9ERdjS
{ {Lju7'5L
Left l; PCCE+wC6
Right r; @.e4~qz\
public : xEG:KSH
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} v0'z''KM!
template < typename T2 > 0o/;cBH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } #8d#Jw
} ; E.#JCO|(1
z{.&sr>+v
同时,holder的operator=也需要改动: # l1*# Z
,>6mc=p
template < typename T > (ht"wY#T<(
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const +46& Zb35
{ b?k,_;\
return assignment < holder, T > ( * this , t); "P5,p"k:)
} QP%AJ[3ea%
P'}EZ'
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 i{g~u<DH)Q
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 aV fsF|,
25G~rklk
return l(rhs) = r; l2#~
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 p+I`xyk
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: yFo8x[
i&HU7mP/
template < typename Tp > W__$
i<1
class constant_t UeUOGf ,
{ Na\&}GSf^
const Tp t; jcePSps]
public : Jcvp<
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} $hM9{
template < typename T > Kd}%%L
const Tp & operator ()( const T & r) const .Sm 8t$
{ RaiYq#X/
return t; {s@&3i?ZiC
} LWo )x
} ; JpQV7}$
lfoPFJ
Z
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 8yr-X!eF
下面就可以修改holder的operator=了 tjZS:@3
Z
%*L8W*V
template < typename T > Qz"@<qgQy
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const q:_-#u
{ s_u!
RrC
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); gd)VL}k
} 5"#xbvRS0H
j97c@
同时也要修改assignment的operator() H8c -/
|$T?P*pI.
template < typename T2 > GyE5jh2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } dDe$<g5L4
现在代码看起来就很一致了。 qE^u{S4Z@
8LtkP&Wx
六. 问题2:链式操作 Lz-(1~o
现在让我们来看看如何处理链式操作。 17rg!'+
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。 5Shc$Awc!
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 (i)O@Jve
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 \a:-xwUu<
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct u_=>r_J[b
t-FrF </0
template < typename T > \n0Gr\:
struct result_1 ZYl*-i&~?
{ 1
RyvPP
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; o<S(ODOfi
} ; BBoVn^Z*R
!O,`Z`T?
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: )q+;+J`>
E-rGOm" m
template < typename T > =HoA2,R)
struct ref M/6q
^*
{ `?"[u"*
typedef T & reference; *=QWx[K|
} ; U_0"1+jbq
template < typename T > Yv;iduc('
struct ref < T &> k1^&;}/f:
{ F-?s8RD
typedef T & reference; -1F+,+m
} ; 9(9\kQj{C
7baQ4QY?n
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: y#{> tC
LZpqv~av
template < typename T > u_)'}
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const k8sjW!2
{ 'k$j^|r>
return l(t) = r(t); -[lOf
} DTV"~>@
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[dJQ(
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 _K>YB>W}7
cr{f*U6`
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 SR'u*u!
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Y&b JKX
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 a/
Z\h{*
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 {Ve_u
最后的布局是: H|!|fo-Tx
Add [tz}H&
/ \ #F >R5 D
Divide 5 mvW,nM1Y
/ \ ,
rc
%#eF
_1 3 "M:0lUy
似乎一切都解决了?不。 jTz~
V&^
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。 %wux#"8
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。 a^GJR]]
{
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: ]$WwPDZ
$]]|#}J
template < typename Right > <bOi }
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const $~.'Tnk)
Right & rt) const >BlF<
d`X
{ n|I5ylt
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [[0u|`T/
} $>PV6
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 k|
,F/:
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 #ANbhHG
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 ~Wj.
4b*
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 sq'bo8r
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 w97%5[-T
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? 2~*.X^dR
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: S_56!
_0e;&2')
template < class Action > w+3-j
class picker : public Action v|u[BmA)*k
{ m&8'O\$
public : ^NiS7 )FX
picker( const Action & act) : Action(act) {} niJtgK:H^
// all the operator overloaded iyf vcKO
} ; 3N 5b3F
qUtlh,4)
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 C.;H?So(
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: p{4nWeH?B
p!3!&{
template < typename Right > La'XJ|>V
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 2i_k$-
{ %Y// }
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 1|Z!8:&pj
} Z |CL:)h
-mK;f$X
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > EG[Rda
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 |.Y}2>{
"_
i:
template < typename T > struct picker_maker )> |x 2q
{ jUCrj'
typedef picker < constant_t < T > > result; u'+;/8
} ; 6#/v:;bF
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > S4FR=QuVQC
{ W #kOcw
typedef picker < T > result; R<n'v.~"A
} ; xF8^#J6>
0'0GAh2
下面总的结构就有了: I7q}<"`
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 tjTnFP/=
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 pw5uH
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 %ryYa
至此链式操作完美实现。 YRm6~c
E1-BB
m3i+b
七. 问题3 7$u}uv`j
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。 i917d@r( <
zBTyRL
l
template < typename T1, typename T2 > I[v6Y^{q
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const %^CoWbU
{ -'mTSJ.}
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); I8:A]
} yvp$s
U sS"WflB
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: ~y.t amNW
>Kjl>bq
template < typename T1, typename T2 > #.^A5`k
struct result_2 $(8CU$gi=
{ + =N#6#1
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; . +
} ; Td/J6Q90
HXp$\%A)
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? txp^3dZ`^
这个差事就留给了holder自己。 &3_.k
\T]'d@Wyd
p,K]`pt=
template < int Order > Q=~*oYR
class holder; L|H:&|F
template <> lqoJ2JMy
class holder < 1 > --chU5
{ +1o4l i
public : T>2_ r6;
template < typename T > `8sC>)lrwu
struct result_1 ]d]rV
`RF
{ 3q*p#l~
typedef T & result; Uop`)
} ; `!A<XiAOmM
template < typename T1, typename T2 > ]Ll<Z
struct result_2 {oK4
u
{ |)}&:xA%
typedef T1 & result; Ufr,6IX
} ; s7>a
template < typename T > A4>j4\A[M
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const (764-iv(
{ 82*nC!P3E
return (T & )r; o3OtG#g2
} 9O2??N7f
template < typename T1, typename T2 > _aj,tz
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const yT<