一. 什么是Lambda tB/'3#o
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 eX3|<Bf
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, (\o &Gl
4E0 Y=
RJa1pYK
[MI ?
class filler vL
]z3
{ +txHj(Y`
public : qtYVX:M@,
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 5q 95.rw
} ; *h)|Ks
-*AUCns#
2'T uS?
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: :vo#(
C
$*#<<G
ay`A Gr
-![>aqWmj1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); rcU*6`IWA
E*G{V j
aYrbB#
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 fj:q_P67o
gBd@4{y6C.
)7;E,m<:tO
i{2ny$55h
二. 战前分析 F$nc9x[S
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。 ;!Q}g19C
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 Qf.]Mw?Bm
+V;@)-
6X[Mn2wYW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); >))K%\p
/* --------------------------------------------- */ MYMg/>f[
vector < int *> vp( 10 ); kS1?%E,)q
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); C<yjGtVD
/* --------------------------------------------- */ &E0L 2gbI
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ;q&2$Mb
/* --------------------------------------------- */ " gQJeMU
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Z>(K|3_
/* --------------------------------------------- */ t~kh?u].j
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 'wd&O03&
/* --------------------------------------------- */ TS49{^d$
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); C|-QU
\SyG#.$
.
l-eJ
R}T\<6Y
看了之后,我们可以思考一些问题: tr@)zM
GB
1._1, _2是什么? ,ocAB;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。 {jOV8SVL
2._1 = 1是在做什么? B*&HQW *u
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。 Ac8t>;=&
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。 b/6!>qMMk%
),5|Ves;t[
1dl(`=^X
三. 动工 Sgq" 3(+%,
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: v&r\Z @%
0+ 3{fD/
]CGH )4Pe
:]uz0s`>
template < typename T > YlJ_$Q[
class assignment Apbgm[m|{
{ |<!xD
iB
T value; q"$C)o
public : n#"N"6s
assignment( const T & v) : value(v) {} G6q*U,
template < typename T2 > g66x;2Q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } BXa.XZ<n(
} ; aK?PK }@
ykD-L^}
0P^&{ek+)
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ?L+|b5RS
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment $8WeWmY
Rg%Xy`gS
3S{3AmKj?
^Fg!.X_
class holder \W+Hzf]
W#
{ :@#6]W
public : 7_CX6:
template < typename T > 5
[X,?
assignment < T > operator = ( const T & t) const 3='Kii=LA
{ eZMfn$McJv
return assignment < T > (t); <K {|#ND#
} 7_c/wbA#me
} ; {Y1&GO;
I]6,hygs
a
Ju v{
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: @Zw[LIQ*
mu$rG3M
static holder _1; (7w95xI
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 K:54`UJ
v(~EO(n.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ls/*&u
而不用手动写一个函数对象。 |u_fVQj
d5#z\E??
&x)n K
>9,:i)m_
四. 问题分析 0S&C[I
o6
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 K96N{"{iI%
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 _3zJ.%
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Mk8k,"RG&Z
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 9\!=i
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ?yKG\tPhM
`2hLs _
五. 问题1:一致性 ;! ,I1{`
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| .Z(Q7j^
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 (N?nOOQ
*X8Pa;x
struct holder EL(BXJrx{
{ !112u#V
// I|.
<
template < typename T > Xh@;4n
T & operator ()( const T & r) const a^7QHYJ6
{ b]g#mQ
return (T & )r; V0!kvIv
} `Ln1g@
} ; JQ9+kZ
j9f[){m`
这样的话assignment也必须相应改动: "GX k;Y
N14Q4v-*x
template < typename Left, typename Right > F0ylJ
/E
class assignment hq?F81
{ ZwMd 22
Left l; =}'7}0M_=
Right r; 2?kVbF
public : R{UZCFZ
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Zx^R -9
template < typename T2 > cp2a @
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } *0x!C8*`Xe
} ; TUq
,
e,
}{$HStZ
同时,holder的operator=也需要改动: X/FR e[R
G6p R?K+
template < typename T > DWupLJpk;c
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const +do*C=z
{ RmJ|g<
return assignment < holder, T > ( * this , t); J~)JsAXAI
} ^f9>tI{
`$XgfMBf |
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 {m/KD 'b_
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ce7$#
# f
Q}|0
return l(rhs) = r; 8@r>`c
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。 !im%t9
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: y(X^wC
?d_vD@+\
template < typename Tp > c3(0BSv
class constant_t s:ojlmPb
{ YM#J_sy@J.
const Tp t; ';LsEI[
public : {EJ+
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} FTu<$`!1L
template < typename T > &Z%'xAOGR
const Tp & operator ()( const T & r) const j-zWckT{
{ 'j;i4ie>*x
return t; ?dmwz4k0
} n^` `)"
} ; #r QT)n
,qj M1xkL$
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 T;v^BVn
下面就可以修改holder的operator=了 nPhREn!
!eP0b~$/^J
template < typename T > wlpcuz@
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const K~+x@O*
{ A>6_h1
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Awe'MG p%
} x\pygzQ/
]F #0to
同时也要修改assignment的operator() f{U,kCv
Ict+|<f
template < typename T2 > `HILsU=|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } oI"gQFGu`u
现在代码看起来就很一致了。 f!G%$?]
;ZTh(_7
六. 问题2:链式操作 p1s|JI
现在让我们来看看如何处理链式操作。 'y7<!uo?
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。 S+l>@wa)|
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。 eBqF@'DQ
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。 3935cxT1U
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct aT8A+=K6
H>wXQ5 ?W;
template < typename T > D0yH2[j+
struct result_1 o<rbC <
U
{ !L)yI#i4C
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; `+(4t4@ew
} ; EUS^Gtc
1-Q>[Uz,
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: ceAefKdb
Ryn@">sVI
template < typename T > u?KG%
struct ref M1I4Ot
{ tDtqTB}
typedef T & reference; A+VzpJ~
} ; ^+Njz{rpG
template < typename T > z5W;-sCz
struct ref < T &> n +dRAIqB
{
5"w%
typedef T & reference; Tx(=4ALY
} ; eNrwkV^
c+jnQM'
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ZWx4/G
@}{Fw;,(7n
template < typename T > 8KWhXF
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const |`Be(
{ qG0gc\C}
return l(t) = r(t); i8.OM*[f
} RY*yj&?w[
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。 x5,|kJ9S
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 cBU@853
<<6gsKP
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 L>!MEMqm
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 1wW4bg 5
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 X:W}S/
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 r]&&*:
最后的布局是: <n0j'P>1
Add :KsBJ>2ck
/ \ s"l ^v5
Divide 5 F>at^6^
/ \ ]CgZt'h{
_1 3 jyC>~}?
似乎一切都解决了?不。 hcQv!!Q"k$
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。 |2&|#K4k^
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。 BA_l*h%=Cc
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: }tedh
BF
U#FE)s
template < typename Right > >2tosxH M
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 3,Bm"'b6
Right & rt) const _? u} Jy_
{ `;&=m,
W'
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); r8!M8Sc
} +N!/>w]n
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 #M92=IH
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。 D$SO 6X~
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 o
Hrx$>W]
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。 nG"Ae8r
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。 }:+P{
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? a!:R_P}7
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: Ls NJ3oy
HA.
O"A8`
template < class Action > bc\?y2
3
class picker : public Action Do;rY\sY
{ }j,G)\g#
public : s4>xh=PoJ
picker( const Action & act) : Action(act) {} Yq:TWeZD
// all the operator overloaded e{0O"Jd`
} ; _x?S0R1
m\ /V 0V\
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。 7s1LK/R|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: NjSjE_S2B8
Fprhu;h
template < typename Right > cS"PIelR
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const {1W,-%
{ %$F\o1S
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); K|.!)L
} XPcx"zv\
*.
;
}v@
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 5v#_2Ih
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 ]yA_N>k2K
^Xslj
template < typename T > struct picker_maker SMh[7lU`
{ }Yp]A
typedef picker < constant_t < T > > result; =JB1 ]b{|
} ; 1iE*-K%Q
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > U
KdCG.E9^
{ jI807g+
typedef picker < T > result; vC5y]1QDd
} ; CB?,[#r5f
,T7(!)dR
下面总的结构就有了: L!kbDbqn
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 )nUTux0K\
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 Y--Uo|H
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 xsXf_gGu
至此链式操作完美实现。 D~ %h3HM
pw1&WP&?3
{NV=k%MTmi
七. 问题3 g
[+_T{
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 xr-v"-
j es[a
template < typename T1, typename T2 > cGe-|>:
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ?:sQ]S/Er
{ ^ZO3:"t!w
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 1(WNrVm;
} %R1$M318
-j"2rIl4#
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: l&v&a!EU
ZNG{:5u,
template < typename T1, typename T2 > 6o]X.plr
struct result_2 k%lz%r
{ }4"T#
[n#
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; F#XzhDs
} ;
|HB
nD;8)VI'I
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? fHwr6"DJ
这个差事就留给了holder自己。 yn-TN_/Y,
\~'+TW
P[C03a!lXg
template < int Order > D[}qhDlX
class holder; VcR(9~
template <> kc70HrG
class holder < 1 > 4f>
s2I&pQ
{ %q
7gl;'
public : n+uDg
template < typename T > "+J[7p}`@
struct result_1 I%31MU9
{ 4vRIJ}nQ
typedef T & result; _D?`'zN
} ; Ie8jBf -
template < typename T1, typename T2 > fQOh%i9n5
struct result_2 :i:M7 }r
{ `@|Kx\y4=j
typedef T1 & result; ?AJE*=b
} ; }F4
template < typename T > *^P$^lm?S
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const T)PH8 "
{ t@\op}Z-M
return (T & )r; 6H}8^'/u
} :0RfA%
template < typename T1, typename T2 > U49
`!~b7
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const +cnBEv~y
{ q%A.)1<'_
return (T1 & )r1; lGtTZcg
} " )_-L8
} ; [boB4>.
S^4T#/
template <> "kT?9&