一. 什么是Lambda |S!RQ-CF
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 GlJ[rD
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, %RD\Sb4YV
=F@
+~)_
ZXx1S?u
=E2 a#Vd
class filler "}71z
{ rn-bfzoDS
public : 4v_Ac;2m&
void operator ()( bool & i) const {i = true ;}
}#m9Q[
} ; {]\7
M|9\
pN^g.
wh(_<VZ
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: ?;l@yx
RsDSsux
?-j/X6(\(
oL]uY5eZoe
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ^0zfQu+!
Ts.2\-+3
7L
#)yY
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 2.Z#\6Vj
i"V.$|,
8-<F4^i_i
&h/r]KrZ
二. 战前分析 ?;RY/[IX6
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 XHA|v^
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 Gor9&aJ1
IT NFmD
k'8q/]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7I
~O|Mw
/* --------------------------------------------- */ f(y+1
vector < int *> vp( 10 ); K^!#;,0
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); WHx#;
/* --------------------------------------------- */ I3>8B
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 5ih>x3S1/
/* --------------------------------------------- */ rfonM~3?'
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); <Z.`X7]Uk
/* --------------------------------------------- */ LZ)g&A(j?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ~g!!#ad
/* --------------------------------------------- */ n1;a~0P
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); YH58p&up
,Mw93Kp
Va
v(;yy{>8"
C
r R/
看了之后,我们可以思考一些问题: ,<Cl^ ^a,
1._1, _2是什么? "3VX9{'%@
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ';G/,wB?`
2._1 = 1是在做什么? bqH
[-mu6
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 {-I+
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 #)}BY"C%
|]<#![!h#
'|gsmO
三. 动工 n#}@|"J
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: T"P}` mT
z#!<[**&
KAZ<w~55c
GDCp@%xW
template < typename T > cS Lj\'`b
class assignment c9c]1XJ
{ hbYstK;]Z
T value; 3~fi#{
public : K3vZ42n
assignment( const T & v) : value(v) {} SOG(&)b
template < typename T2 > 1
K}gX>F
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } NUM!'+H_h
} ; 5@l5exuG*m
=ttD5p
5 v.&|[\k
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 r3x;lICx-
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 8L:AmpQdpA
W'9{2h6u(
h];H]15&
*-*V>ntvT$
class holder hAUP#y@:H:
{ Q^<amM!
public : waz5+l28
template < typename T > :kcqf,7
assignment < T > operator = ( const T & t) const Mh3.GpS
{ fahQ^#&d`
return assignment < T > (t); PJ:!O?KVq
} >7@,,~3
} ; *# <%04f
{QG6ldI
,l!>+@
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: zdem}kBIe
w)J-e gc
static holder _1; enxb
pq#
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 G "+[@|
FnVW%fh
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7`~0j6FY
而不用手动写一个函数对象。 nv0D4 t
gjD|f2*x
tHaHBx1P
msw'n
四. 问题分析 CC@U'9]bH
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。 #/I+[|=[O
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。 JkR%o
#>5
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 cl#XiyK>
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 1
39T*0C
下面我们可以对这几个问题进行分析。 (eb65F@ P
e`a4Gr
五. 问题1:一致性 lNc0znY
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?| _3u3b/%J?
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ~Ih`
ayVq
5WHqD!7u
struct holder *:\[;69[
{ T/u61}'U{
// V4u4{wU]
template < typename T >
|,KsJ2hD
T & operator ()( const T & r) const xc'uCbH
{ ^Rl?)_)1HE
return (T & )r; #N`MzmwS
} 6f0o'
} ; }X])055S
u1kCvi#N
这样的话assignment也必须相应改动: NG\'Ii:-J
Mx0~^l
template < typename Left, typename Right > .|DrXJ\c
class assignment [ Ous|a[)o
{ +MYrNR.p
Left l; Qru&lAYc<
Right r; Q6 o1^s
public : sJQ~:p0e
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} g<DXJ7o
template < typename T2 > VNz?e&>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } hb0)<^xu
} ; p4\sKF8-
r4K_Wp
同时,holder的operator=也需要改动: D'moy*E
S,|ZCl>+
template < typename T > S+Ia2O)BA
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const X16O9qsh
{ WAuT`^"u
return assignment < holder, T > ( * this , t); 1Xh@x
} >'m&/&h
LH`$<p2''r
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 [SKDsJRPP
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 eC 2~&:$L
>X[:(m'
return l(rhs) = r; 8.%wnH
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。 C\Ob!sv%H
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: iz [IK%K
W4#DeT
template < typename Tp > WcXNc`x
class constant_t 18kWnF]n=
{ @yQ1F>
t
const Tp t; Mc8_D,7
public : FKe/xz
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} qUg/mdv&
template < typename T > "9X(.v0ze
const Tp & operator ()( const T & r) const zLxuxf~4@
{
C>-}BeY!
return t; lR
F5/
} S<*1b 6%D
} ; xrlyph5mE
!K= $Q Uq
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 QiqRx
下面就可以修改holder的operator=了 ;Hp78!#,
-nD}k
template < typename T > ZOppec1D
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 7)> L#(N
{ "WPWMQ+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); q+;lxR5D
} t82*rCIB{
XCgC^c'
同时也要修改assignment的operator() ;_ 1Rk&o!
;<cCT!A
template < typename T2 > ,Cy&tRjR B
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } |1<B(iB'{/
现在代码看起来就很一致了。 ~dgFr6
<h~uGBS"
六. 问题2:链式操作 ,WoB)V.{(
现在让我们来看看如何处理链式操作。 E3x<o<v
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 u2':~h?l
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 >*|Eyv_
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ne[H `7c
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct QY\'Uu{
8H3O6ro
template < typename T > q}E'x/s2m
struct result_1 ^g <Lu/5w
{ FELW?Q?k
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; B>"-8#B[4
} ; r$LU$F
2 0A:,pMb
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: `"xzC $
"`pg+t&
template < typename T > ~PN[ #e]
struct ref g ZES}]N
{ kc@\AZb
typedef T & reference; cvpZF5mL]U
} ; #m'+1 s L
template < typename T > ~(cqFf
struct ref < T &> +~;#!I@Di
{ R^K:hKQ
typedef T & reference; ?.MlP,/K
} ; zHW&i~
LH~
t5
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: C+C1(b;1
Wl,I %<&j}
template < typename T > I(9+F
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const uBaGOW|Pl
{ 2%pe.stQ
return l(t) = r(t); U71A#OD^U
} sJ_3tjs)
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。 DVBsRV)/
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Yp$@i20
!U1V('
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 z+?48}
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: tkHUX!Ow;
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ^687U,+
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 I=8MLv
最后的布局是: j2 #B l
Add d^|r#"o[
/ \ tkdyR1-
Divide 5 (8GA;:G7G
/ \ _b[Pk;8}j;
_1 3 *x. gPG
似乎一切都解决了?不。 ZD8E+]+
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 MIc(B_q
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 rT{2
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: T(*A0
xQzXl
template < typename Right > S`[r]msw
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Q,\S3>1n
Right & rt) const X'cm0}2
{ 3>^S6h}o
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); `$r?^|T
} 71HrpTl1fw
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 l37l| xp~
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。 jx];=IC3tt
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。 m^a0JR}u9
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。 mp0!S
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。 #U/L8
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? zXeBUbVi
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: Eqt>_n8
3;EBKGg|
template < class Action > d|$-Sz
class picker : public Action bY=Yb
{ l8N5}!N
public : 9!vimu)
picker( const Action & act) : Action(act) {} P6 mDwR
// all the operator overloaded $b"Ex>
} ; M_F4I$V4
>
,P,{"
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。 VD2o#.7*eu
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: :N:e3$c
4yR X{Bl|
template < typename Right > ]\J(
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const KU;m.{
{ #0/^v*
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \1#!%I=.
} 2rX}A3%9^^
q&EwD(k
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > V4x6,*)e
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。 )yv~wi
H?dEgubg7]
template < typename T > struct picker_maker %967#XI[y
{ [E/^bM+
typedef picker < constant_t < T > > result; )mRKIM}*W
} ; \!'K#%]9
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ZY> u4v.
{ e\i}@]
typedef picker < T > result; 'lR f
} ; bn"z&g
*XqS~G
下面总的结构就有了: fn\&%`U
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。 )]m_ L$9
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 AV["%$:
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 O6r.q&U
至此链式操作完美实现。 Q02:qn?T
Xw9"wAj
.2STBh.;
七. 问题3 JWs?az
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。 2/FH9T;e".
3`Q>s;DjIU
template < typename T1, typename T2 > ?VT
]bxb
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const -` e`U%n
{ 7!E7XP6,~>
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 9mH+Ol#(
}
`_H^k!^
h}(GOYS)
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: "]{"4qV1=
[=I==?2`X
template < typename T1, typename T2 > r=pb7=M#LN
struct result_2 HA%r:Px
{ $ *^E
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; )v?-[
oR
} ; wPU<jAQyp
^5![tTJ
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? QG=&{-I~[3
这个差事就留给了holder自己。 T@H2[ 7[;
|MXv
w6P
W&(98}oT
template < int Order > hFWK^]~ a
class holder; jo8;S?+<|?
template <> *]_GFixi
class holder < 1 > GCEq3
^/
{ r=ds'n"
public : 5&*B2ZBzH
template < typename T > b/Z0{38
struct result_1 Ev;ocb,
{ !56gJJ-r
typedef T & result; :-kXZe
} ; `L=$,7`
template < typename T1, typename T2 > R9z^=QKcH
struct result_2 |+MV%QG;
{ nu#_,x<LS
typedef T1 & result; mjqVP.
} ; ly]n2RK
template < typename T > #TX=%x6
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const '{:Yg3K
{ nC5
return (T & )r; a/wkc*}}/
} 7E9h!<5v
template < typename T1, typename T2 > zz4A,XrD
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const k98}Jx7J)"
{ :K6(`J3Y"^
return (T1 & )r1; XHlx89v7
} 1=t\|Th-
} ; jF\J+:5M
k+S 6)BQ7U
template <> yv<