一. 什么是Lambda _bz,G"w+:
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 QY fS-
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, Cw2+@7?|
?^+|V,<
Wl2>U(lj
dCyQC A[
class filler 4'8.f5
{ 6%xl}z]o
public : 5astv:p,P
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} wIiT
:o
} ; y@z#Jw<
+]_} \
8UZEC-K
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: p 5'\< gQ
87/{\h
Mt:(w;Y
`'QPe42
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); t8[:}[Jx
[6tQv<}^
@'y"D
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 $7*Ml)H!9
vtT:c.~d
&Gt9a-ne
+Snjb0
二. 战前分析 :4Vt
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。 g<-cHF
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 }A;Xd/,'r
334*nQ
wDG4rN9x
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); KKzvoc?Bt
/* --------------------------------------------- */ 'huLv(Uu
vector < int *> vp( 10 ); RPWYm
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ro{MDs
/* --------------------------------------------- */ x1et,&,
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); v]!7=>/2
/* --------------------------------------------- */ J5"*OH:f
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); *$1)&2i
/* --------------------------------------------- */ EKf4f^<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); k4P.}SJ?
/* --------------------------------------------- */ V+q RDQ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); >4E,_ `3N
z,EOyi
!]nCeo
cG'Wh@
看了之后,我们可以思考一些问题: Kna'5L5"
1._1, _2是什么? `xr%LsNn
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 +1%6-g4"
2._1 = 1是在做什么? 7$;$4.'
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 G!IQ<FuY
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 U8mu<)
pf_ /jR
8FITcK^
三. 动工 A0ToX) |C
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: !Z ZA I_N
SOL=3hfb^
~83P09\T%
1DP)6{x
template < typename T > yN.D(ZwF:
class assignment GdU
W$.
{ ,L;vN6~
T value; ;<A/e
public : 5dk,!Cjg
assignment( const T & v) : value(v) {} YovY0nO
template < typename T2 > v=>Gvl3&U
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } URgF8?n
} ; v#FUD-Z
C(t/:?(y
#`$7$Y~]
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Xn=fLb(
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment c"ztrKQQ
'Ap5Aq
\YS?}! 0
nz\fN?q
class holder rWXW}Yg
{ |9I;`{@
public : O)R0,OPb
template < typename T > B .mV\W
assignment < T > operator = ( const T & t) const M}Mzm2d#`
{ 4;||g@f'[
return assignment < T > (t); cIp h$@
} i`$rzXcS
} ; 4/?Zp4g
fna>>
gOM`I+CwT
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: pS;dvZ
D.b<I79bX
static holder _1; 0 y%R
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 }[`?#`sW
t,,^^ll
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); v"+EBfx
而不用手动写一个函数对象。 "_j7kYAl
U^&Cvxc[[
K7c8_g*>4=
Uj)]nJX
四. 问题分析 iurB8~Y
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。 xF;v 6d
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。 *lAdS]I
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 !%r`'|9y
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 3~ZVAg[c
下面我们可以对这几个问题进行分析。 lv*uXg.k^
;G]'}$`/q
五. 问题1:一致性 :\_MA^<
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| [@Y q^.6t
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 C6~dN&q
/p0LtUMu
struct holder us%RQ8=k
{ zQ}N
mlk
// CaBS0'
n
template < typename T > 8zWPb
T & operator ()( const T & r) const [Gy'0P(EQ
{ V?BVk8D};
return (T & )r; Pltju4.:C
} K3DJ"NJ<Ji
} ; &NeYKh?
0pa^O$?p
这样的话assignment也必须相应改动: +=Wdn)T
^ZUgDQduc
template < typename Left, typename Right > ~+yo;[1Yc
class assignment a HL '(<
{ -<]_:Kf{;&
Left l; Q0\5j<'e
Right r; RJ4mlW
public : /8\&f%E
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} z&,sm5Lb
template < typename T2 > T
l(uqY?9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } |9]K:A
} ;
Tpx,41(k
:0/o?'s
同时,holder的operator=也需要改动: b]?;R
4CT9-2UC
template < typename T > z,YUguc|
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const S=SncMO nE
{ Cpv%s 1M
return assignment < holder, T > ( * this , t); $4JX#lkt
} }tO<_f))
PM!t"[@&
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~`vu*
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 y/hvH"f
:~R
Fy?xRa
return l(rhs) = r; i!x5T%x_
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。 @|%ICG c
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: eh4"_t
S@NhEc
template < typename Tp > 3MJWC o-[
class constant_t 9= $,] M
{ =3dbw8I
const Tp t; <|Eby!KXR
public : |S`yXsg
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 9R"N#w.U]
template < typename T > 14!a)Ijl
const Tp & operator ()( const T & r) const I} fcFL8
{ )wv[!cYyW
return t; oHd0
<TO
} +gCy@_2;
} ; P Xn>x8z
1'm`SRX#e
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 )h_7 2
下面就可以修改holder的operator=了 N%|Vzc
xh^ZI6L<
template < typename T > /M*\t.[ 46
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const >@"3Q`
{ hs_|nr0;[
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 5>[sCl-
} ~V"cLTj"
C|IQM4
同时也要修改assignment的operator() 4$DliP
=k<4mlok^
template < typename T2 > #s
R0*
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } A6 y~_dt
现在代码看起来就很一致了。 Hs-.83V
_QUu'zJ
六. 问题2:链式操作 \If!5N
现在让我们来看看如何处理链式操作。 u+'@>%7
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。 -L3
|9k
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。 hIo S#]
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。 ~K$"PKs3
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct $0S#d@v}
4\SBf\ c
template < typename T > ) wo2GF
struct result_1 [Ro0eH
{ f(s3TLM
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; K-k.=6mS
} ; ],}afa!A
wt=>{JM
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: E(3+o\w
&G|jzXE
template < typename T > YEPG[W<kg
struct ref 5OW8G][
{ b|8>eY
typedef T & reference; ,#jhKnk2e
} ; y_4krY|Zx
template < typename T > #JR ,C
-w
struct ref < T &> (6#yw`\
{ H0b6ZA%n
typedef T & reference; ivUsMhx>S,
} ; !0csNg!
R{xyme@"^
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: $aPHl
[gh[F
template < typename T > LXu"rfp
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const &G@-yQ
{ Kg TGxCH
return l(t) = r(t); kl3S~gE4@
} )\D40,p
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。 e]*=sp!T
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 _QMHPRELk
_?]BVw
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 fByh";<`P
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: l88a#zUQDN
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 &c<}++'h
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 zhX`~){N6
最后的布局是: HMS9y%zl/
Add :OQ:@Yk
/ \ $,QpSK`9i
Divide 5 ci_v7Jnwo
/ \ Xlqz8cI
_1 3 HLoQ}oK|K
似乎一切都解决了?不。 l@Eq|y,
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。 o&XMgY~
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。 w^'?4M!
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: .xLF}{u
C=dx4U~
template < typename Right > *n*N|6+
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const C/CfjRzd
Right & rt) const d7_ g
u
{ 0n<(*bfW
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); igj={==m
} $uFh$f
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Q{l*62Bx
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。 v<7Gln
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。 D _bkUR1
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。 [*?_
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。 }@:QYTBi }
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? O{B
e )E~
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: csdOIF
u$%D9Z ^
template < class Action > g",w kO|
class picker : public Action d(DX(xg
{ >: W-C{%
public : 4QjWZ Wl
picker( const Action & act) : Action(act) {} [C+Gmu
// all the operator overloaded HL(U~Q6JQ
} ; NO+
55n
C'8!cPFVv
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 EOBs}M;
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: jI{~s]Q
/[20e1 w!
template < typename Right > &weY8\HD
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const (
*9Ip
{ M)`HK
.
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); aucZJjH
} S[L#M;n
%CxEZPe$
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ie$`pyj!x
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 (!0j4'
kh<pLI >$h
template < typename T > struct picker_maker yWv<A^C&
{ +w k]iH
typedef picker < constant_t < T > > result; h5&/hBN
} ; %su}Ru
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > L8bI0a]r"*
{ OB I+<2`Oc
typedef picker < T > result; 0~Iu7mPY
} ; 9RCO|J
%R.xS}
Q
下面总的结构就有了: @ kJ0K
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。 w*<Y$hnBzF
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 [:nx);\
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 >k&8el6h
至此链式操作完美实现。 Q$|^~
R,x> $n
GP[6nw_'^
七. 问题3 <DeKs?v
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。 Ue{vg$5||
2/yXY_L
template < typename T1, typename T2 > 2/v35| ?
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 6 Iv(
{ 2ec$xms
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); t_I\P.aMA
} KMK&[E#r
IU Y> ih
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: :H!(?(Pie
k'[ S@+5
template < typename T1, typename T2 > .1.J5>/n
struct result_2 9^ >M>f"
{ :M22P`:
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; fJ)N:q`
} ; fg9?3x
Z
JJ/1daj
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? ,&.W6sW
这个差事就留给了holder自己。 Z0[)u_<
)%iRZ\`f
F>~ xzc
template < int Order > JkSdLj
class holder; yaH
Trh%
template <> -ajM5S=d*
class holder < 1 > V&Xi> X8
{ y4xT:G/M
public : E /fw?7eQ
template < typename T > 4GG1E. z}
struct result_1 SXRdNPXFO
{ K<@[_W+
typedef T & result; 87QZun%
} ; "wA0 LH_
template < typename T1, typename T2 > V I6\
struct result_2 M"=8O>NZ2
{ $h G;2v
typedef T1 & result; I86e&"40
} ; 'oz hz2s
template < typename T > ^ckj3Y#;
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const hq/J6 M
{ )t|^Nuj8
return (T & )r; iD>G!\&