一. 什么是Lambda y0sR6TY)f
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 `[f*Zv w
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, ]A~WIF
[<n2Uz7MP
(}Z@R#njH
/rWd=~[MO
class filler 3{'Ne}5%I
{ 5rw 7;'
public : [tlI!~Z
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} '(U-(wTC'/
} ; Q# ~Q=T'<
_K]_
@Ivh
|2O]R s
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: 24
[+pu
u+Y\6~=+
%|auAq&w
tr<Nm6!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Hx"ob_^'7
nV"~-On
e>6y%v;
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ((H^2KJn
t<#TJ>Le
th
L-ET<'u
二. 战前分析 kVkU)hqR
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。 aOlT;h
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 n&$j0k
6HT;#Znn
o}
J&E{Tk
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); )(bW#-
/* --------------------------------------------- */ ")SFi^]
vector < int *> vp( 10 ); mk;&yh
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ) pzy
/* --------------------------------------------- */ <^&ehy:7y
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); }tRm] w
/* --------------------------------------------- */ Bo)3!wO8
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); J[l7di5
/* --------------------------------------------- */ qX/y5F`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ( /=f6^}
/* --------------------------------------------- */ MLXN Zd
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); GZEc l'h*
fT;s-v[`k
5 h-@|t
s3z$e+A8
看了之后,我们可以思考一些问题: ?M8dP%&r
1._1, _2是什么? |?!~{-o
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。 "Lzi+1
2._1 = 1是在做什么? ^H~h\,;zQ
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。 fY{1F
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。
9Vg?{v!yn
;y,5k?
3k\#CiB{
三. 动工 `ZU($!(
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: /Gd=n
"H7dft/
Pr3qo4t.L
{+] [5<q
template < typename T > IbT=8l,Li
class assignment s]HOGJJz
{ P@Hs`=
T value; w^Sz#_2
public : CNih6R
assignment( const T & v) : value(v) {} U_Vs.M.p
template < typename T2 > |t^E~HLm,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } .k#U]M
} ; >=qf/K+#
}u\])I3
$:8x(&+/@
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 m}C>ti`VD
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ap.K=-H
b LB:MW\%
Jb0`42
tRs [ YK
class holder p)jk>j B
{ _tiujP
public : :y+2*lV
template < typename T > rNrxaRQ
assignment < T > operator = ( const T & t) const RmI]1S_=
{ <lgYcdJ
return assignment < T > (t); u8'Zl8g
} #H)vK"hF
} ; tClg*A;|B
QiQ_bB!\
B\=L3eL<D
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: UxbjA- U[
Ok|*!!T
static holder _1; 8hu<E4]L
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 sQ=]NF)\
hB"fhX
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); tWJZoD6}h
而不用手动写一个函数对象。 P60~V"/P
2V"B:X\
A}BVep@D
+O"!qAiK
四. 问题分析 4-?C>
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。 .~)q};Z
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。 Cl5uS%g
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 zvvhFN2s
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 $ZUdT
下面我们可以对这几个问题进行分析。 "~#3&3HVS
N,`$M.|?
五. 问题1:一致性 mi=Q{>rb
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?| iNWw;_|1
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 :WjpzgPuN
ed]=\Key
struct holder i@C].X
{ Pnk5mK$
// yg`j-9[8
template < typename T > {}>0e:51
T & operator ()( const T & r) const z#zI1Am(O
{ NvD7Krqwa
return (T & )r; Qk0R a_
} D|lzGt
} ; Y#]+Tm(+
5 f@)z"j
这样的话assignment也必须相应改动: ?L5zC+c!
pf2[,v/
template < typename Left, typename Right > ]jtK I4
class assignment J}*,HT *
{ &VhroHO
Left l; z#8~iF1
Right r; 'OE&/
C[
public : p?{Xu4(
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ED2a}Tt>Z
template < typename T2 > O)C\vF#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } zE336
} ; hP=WFD&
H~oail{EQ
同时,holder的operator=也需要改动: xj<Rp|7&
vV'EZ?
template < typename T > ob+b<HFv
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const aB*Bz]5;E
{ ^Xuvy{TkPH
return assignment < holder, T > ( * this , t); ^7>3a/
} N/[p <
Qn^'
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。 :<ka3<0%
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 <vnHz?71c
b1?#81
return l(rhs) = r; Kc!}`Pm
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。 }wWKFX
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: QgrpBG
\n" {qfn`r
template < typename Tp > QsGiclU
class constant_t 3RiWZN
{ ~9?cn
const Tp t; Av @b!iw+
public : a:+{f&
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} &qLf@1AD
template < typename T > 3T31kQv{
const Tp & operator ()( const T & r) const NO2XA\
{ w4_ U0
n3
return t; x[4`fM.m*
} AG3>V+k{Lv
} ; !ds"9w
5(Cl1Yse=r
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 JHW"-b
下面就可以修改holder的operator=了 D_?K"E=fw
JBD7h5|Lc
template < typename T > ,f kcp]}
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const &w 4?)#
{ V@\gS"Tu
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 'QG xd!4
} SIe="YG]<
Y}@&h!
同时也要修改assignment的operator() g(nPQOs$u
9Q
-HeXvR
template < typename T2 > G=)i{oC
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } +QB"8-
现在代码看起来就很一致了。 IWBX'|}K
> pgX^
六. 问题2:链式操作 Q.bXM?V)
现在让我们来看看如何处理链式操作。 A_n7w
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 pEw"8U
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 !y#"l$"xK
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。 <3(LWxw
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct uvgdY
h}-3\8 >
template < typename T > '#!
gh?
struct result_1 {Z{75}
{ -_ I_W&
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 909?_v
} ; d; [C6d
?8HHA:GP
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: "-y-iJ
wWgWWXGT}
template < typename T > M\C"5%2Mu
struct ref J2d.f}-
{ |yvQ[U~PQ
typedef T & reference; #XK2Ien)Z
} ; M-\Y"]sW
template < typename T > ]5BX:%
struct ref < T &> Ytgcs(
/$
{ $r@
=*(
typedef T & reference; R[Ll59-
} ; :#2Bw]z&z
Kj V:|
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: "BD~xP(
%mL-$*
template < typename T > R{RwTN<
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const R5"K]~
{ |b[+I?X
return l(t) = r(t); L9-h;] x!
} ~a%Z;Aj
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。 7ByTnYe~S
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 (
Wa
3WN`y8l
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 "rTQG6`
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Q)"C&)`l
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 XttqOf
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 KuWWUjCE
最后的布局是: h
a|C&G
Add n-5W*zk1
/ \ EJ@?h(O
Divide 5
h1:aKm!
/ \ KN$}tCU
_1 3 >oea{u
似乎一切都解决了?不。 )S`jFQ1
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ktI/3Mb@
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 n 9\
C2r
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: tc_286'x
D@G\7KH@
template < typename Right > W8Q|$ZJ88F
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const a-y+@#;2_
Right & rt) const 33jovK2
{ Hip&8NW
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); L93l0eEt
} BLN^ <X/
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ilK-?@u+
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。 ~+bv6qxg]\
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。 6W@UJx}w5
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。 'iy*^A `Y
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。 Nb?w|Ne(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? CxGx8*<X
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: *ohL&