一. 什么是Lambda JmVha!<qk
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 }{e7wqS$&,
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, ]TKM.[[
dFY]~_P472
s ^NO(
tP; &$y.8
class filler v|5:;,I
{ @L^Fz$Sx
public : YnnpgR.
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} { 3``T o$
} ; m87,N~DP
k=w;jX&;`
.K?',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: TU ]Ed*'&
6#~"~WfPQ
o`?0D)/O
6OYXcPW'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); #Mo`l/Cwp
n8(B%KF
p7(Pymkd
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 '\%c"?
OJd!g/V
6BIP;, M=
Xx{ho4qq
二. 战前分析 wX}N===
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。 ;\`~M
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 Enee\!@v
~;St,Fw<<
+EJwWDJ!%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +|.}oL^}G
/* --------------------------------------------- */ !_GY\@}
vector < int *> vp( 10 ); 4)D#kP
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); mhnjYK9
/* --------------------------------------------- */ PfX{n5yBW8
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); hW*2Le!I
/* --------------------------------------------- */ DO<eBq\O
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); VM{`CJ2
/* --------------------------------------------- */ H+ra w/"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); HZMs],GX
/* --------------------------------------------- */ QX(x6y>Q
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1);
#.O,JG#H
:T~Aa(%(
/UeLf$%ZW
f.V;Hl,
看了之后,我们可以思考一些问题: qh
Ezv~
1._1, _2是什么? A^7!:^%K
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 VlKy6PSIg
2._1 = 1是在做什么? ||v=in
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 2mL1BG=Yk
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 t}-[^|)7
]D^ dQ%{
'Z2:u!E
三. 动工 r})2-3ZA9
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: gA
]7YHc
mhTpR0
ZK5(_qW&i
#1R_*
Uh
template < typename T > }aYm86C]
class assignment 9@AGx<S1
{ %VYQz)yW
T value; G)gf +)W
public : xw: v|(
assignment( const T & v) : value(v) {} >yvP[$]!6
template < typename T2 > !mFo:nQ)}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } f uojf+i
} ; ja$>>5<q
WujIaJt-
}_XW?^/8
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 sh.xp8^)^>
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Myss$gt}
khT&[!J{>
,CW]d#P|
o
D;
class holder ,2S
<#p!
{ /2^cty.BXw
public : J*6I@_{/U
template < typename T > E%eao$
assignment < T > operator = ( const T & t) const 3ojK2F(1D
{ 1wUZ0r1'
return assignment < T > (t); |Y3!Lix
} 1!/+~J[#
} ; A/N*Nc
b3b 4'l
hTI8hh
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: .;WJ(kB\U
sBuJK'
static holder _1; LLmgk"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 tW5\Ktjno
mFayU w
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]i*q*]x2u
而不用手动写一个函数对象。 @_YEK3l]l
zF/}s_><*
TI}H(XL(
.Pq8C
四. 问题分析 qx
3.oU
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。 k/l@P
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。 4,9AoK)yp
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 =f@O~nGm
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 tYIHsm\b
下面我们可以对这几个问题进行分析。 #%VprcEK
(PGmA>BT
五. 问题1:一致性 (Br$(XJoK}
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?| `.;7O27A^%
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 DHpU?;|3
m6V1m0M
struct holder 5X&<+{bX
{ ^
vI|
// R+]p
-NI^
template < typename T > ,r5<v_
T & operator ()( const T & r) const r0G#BPgdR
{ d_J?i]AP|'
return (T & )r; DjOFfD\MF
} 8e\a_R*(|
} ; $O}gl Q
1\YX|
这样的话assignment也必须相应改动: qjR;c&
q R
8e>;E
template < typename Left, typename Right > I.x0$ac7
class assignment ~$r^Ur!E\
{ 8YkP57Y%[Z
Left l; 74gU4T
Right r; EoU}@MjM~
public : L*FmJ{Yf
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 5B'-&.Aj+
template < typename T2 > %c^]Rdl
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } IUd>jHp`6
} ; "Wi`S;
&}T`[ d_Z
同时,holder的operator=也需要改动: )>\Ne~%
,?&hqM\
template < typename T > (3]7[h7
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const WDzov9ot
{ NmB0CbB
return assignment < holder, T > ( * this , t); !Z=`Wk5
} g<,v2A
z[t$[Qg
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。 O')Ivm,E
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 a*SJHBB
?WAlW,H>
return l(rhs) = r; Y!POUMA
}A
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。 @Wx_4LOhf
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: a S<JsB
6 Dg[b
template < typename Tp > h@W}xT
class constant_t |d%Dw^
{ QyHUuG|g
const Tp t; y|MW-|0=!
public : t4gD*j6J3
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} sp_(j!]jX
template < typename T > XLmbpEh
const Tp & operator ()( const T & r) const Opjt? ]
{ kdmVHiGF
return t; sgCIY:8
} ];uvE? 55
} ; x[(2}Qd
JpuW
!I
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 >Y2Rr9
下面就可以修改holder的operator=了 /AMtT%91
5lU`o
template < typename T > !/jx4w~R
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const \!S C;
{ (9cIU2e
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); r`S]`&#}(
} j ^_G
Szg<;._J
同时也要修改assignment的operator() #Jm_~k
k*-+@U"+
template < typename T2 > Hfc^<q4a.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } {qx"/;3V
现在代码看起来就很一致了。 QGLm4 Wl9
.IKK.G
六. 问题2:链式操作 _&dGo(B
现在让我们来看看如何处理链式操作。 aB'<#X$x
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 sL\|y38'
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 pnqjATGU
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 &rNXn?>b
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Hy `r}+
@EZXPU
template < typename T > g` h>:5]
struct result_1 MI@ RdXkY
{
^MddfBwk
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; =} vG|
} ; 8L|C&Ymj
,$}Q#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: _aDx('
<4O=[Q 5S
template < typename T > mR0@R;,p
struct ref (+^1'?C8
{ +m+HC(Z
typedef T & reference; W:) M}}&H
} ; [{ zekF~)@
template < typename T > +6;OB@
struct ref < T &> w1KQ9H*
{ r},|kb
typedef T & reference; &pmJ:WO,h
} ; hqBwA1](a
yGD0}\!n
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: \4vFEJSh
xeHu-J!P
template < typename T > ?&X6VNbU
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const sP+S86
u
{ BFEo:!'F
return l(t) = r(t); NKB!_R+
} HFDg@@
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。
k,@1rOf
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 C u?$!|V
&1?Q]ZRp
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 qh&K{r*T
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 6Edqg
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 QU#/(N(U#T
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 }BfwMq4E)n
最后的布局是: o j^U
Add j=gbUXv/
/ \ EP8LJzd"
Divide 5 J\{)qJ*jp
/ \ $_ NaxV
_1 3 P9'5=e@jB
似乎一切都解决了?不。 <T}#>xHs3
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 Vnl~AQfk|
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 #2MwmIeA
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: h\dIp`H
h!Q>h7
template < typename Right > _AO0:&
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const lu{}j4
Right & rt) const =DCQ!02
{ /#
eBDo
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [L\w]6
} 6JL
7ut
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 i3~!ofTb
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 iIT<{m&`
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 _+. t7q^
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 4a 5n*6G!
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 :vr,@1c
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? CJC|%i3
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: \x+DEy'4;5
U!'lc}5
template < class Action > w Vof_'F1
class picker : public Action [X
I5Bu ~
{ Cse0!7_T
public : _ E%[D(
picker( const Action & act) : Action(act) {} 2iGRw4`_a
// all the operator overloaded p"JSYF
9]
} ; EW!$D
AVJk
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。 tL5Xfd?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: }/LYI
I*ej_cFQ^
template < typename Right > }n.h)Oz
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 4EpzCaEZ
{ Za} |Ee
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); m^=,
RfUUd
} f4_\F/
izKk@{Md
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 5A)w.i&V
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。 GBQb({
sV6A&