一. 什么是Lambda N<zD<q
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 B36_OH
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, NoB)tAvw
jL8.*pfv
az*c0Z<pl
D{x'k2=
class filler ~Y7>P$G)
{ ^":UkPFCx:
public : D|9xD
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} c$Z3P%aP'V
} ; b(Zh$ 86
fa//~$#"{L
mXtsP1
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: l~b# Y&
ZP
&q7HK\
\}P3mS"e3
z\Hg@J
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); X4_1kY;
tg_xk+x
A(V,qw8
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 n`8BE9h^
J$F
1sy
2Nrb}LH
/H/@7>
二. 战前分析 4W5[1GE.
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。 ~2PD%+e7]
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 s;Q0
`|)V]<
?12[8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^hr^f;N
/* --------------------------------------------- */ (HbA?Aja
vector < int *> vp( 10 ); 9AF%Y:y
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); S~()A*5
/* --------------------------------------------- */ :[xFp}w{
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); $REz{xgA=
/* --------------------------------------------- */ ^SM>bJ1Z_
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Y)H~*-vGu
/* --------------------------------------------- */ H(Pzo+k*
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); _JNSl2
/* --------------------------------------------- */ s;e%*4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); td JA?
`k2YH?
@rI+.X
"A\h+q-
看了之后,我们可以思考一些问题: @( p9}
1._1, _2是什么? hGh91c;4
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 %;/?DQU
2._1 = 1是在做什么? pse$ S=
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。 o1lhVM`15
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。 )
rw!. )
xs,,)jF(u
lt08
E2p9
三. 动工 ^% ZbjJ7|j
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: IJ\4S
q> |&u
"QSmxr
" b3-'/&
template < typename T > qQjd@J}^
class assignment $0 ]xeD0X
{ >vQ8~*xd
T value; .JCd:'-
public :
[GQn1ZLc
assignment( const T & v) : value(v) {} FxU a5n
template < typename T2 > USd7gOq(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } \.ukZqB3
0
} ; f|f)Kys%5
W% @r
7md,!|m
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 gZq_BY_U
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment &~=FXe0S
_cvA1Q"
O]_a$U*6
#1fL2nlP*E
class holder HpP82X xj
{ &?g!)O
public : ;P
*`v
template < typename T > E<RPMd @a
assignment < T > operator = ( const T & t) const fofYe0z
{ ,="hI:*<
return assignment < T > (t); {ooztC
} GHNw.<`l?
} ; }fO+b5U
2ieyU5q7#
@cB7tY*Ski
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: QjOO^6Fh
QL]e<2oPJ
static holder _1; jQBL8<
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 S^s|/!>
\uPyvA=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *Xcqnu('
而不用手动写一个函数对象。 CKI.\o
uM)#T*(
=j~BAS*"
5(5:5q.A/D
四. 问题分析 -\<\OV: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。 CS'LW;#[
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。 'VgEf:BS
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 2OVN9_D%
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 TB}6iIe
下面我们可以对这几个问题进行分析。 'uC=xG.*}
]sTb Ew.[
五. 问题1:一致性 s<>d&W 0=
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?| sZx`u+
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 2cEvsvw>
RDfvD|}VN
struct holder )x+P9|
{ '8Cg2v5&w
// =kTHfdin&
template < typename T > v-Tkp
Yn
T & operator ()( const T & r) const j(A>M_f;
{ 3{)!T;W d
return (T & )r; OUq%d8W
} A(_HMqA]
} ; nz|6CP
{p.^E5&
这样的话assignment也必须相应改动: &@K6;T
9>ajhFyOhX
template < typename Left, typename Right > ayI<-s-
class assignment %oB0@&!mS
{ ZIN1y;dJ
Left l; [QFAkEJ--o
Right r; h0R.c|g[
public : IwXWtVL
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} kXV;J$1
template < typename T2 > +E^2]F7Zk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } #_eXybUV
} ; L{&>,ww
R_D&"&
同时,holder的operator=也需要改动: C$p012D1
X J`*dgJ
template < typename T > Xdi<V_!BC-
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const qV9}N-sS
{ NH;e|8
return assignment < holder, T > ( * this , t); \ZM5J
} A9lw^.
eC"k-a8j+
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。 up{0ehr
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 denxcDFu/~
{#st>%i
return l(rhs) = r; NN#k^[i1
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。 4> uN H5
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: b@c(Nv
A!,c@Kv
3
template < typename Tp > ?wu@+
class constant_t N5{v;~Cm}V
{ 2Z(t/Zp>
const Tp t; X- tw)
public : veuX/>!
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Ni8%K6]z
template < typename T > (/At+MF3E
const Tp & operator ()( const T & r) const XD?Lu
_.
{ BTD_j&+(
return t; EnGh&]
} #]dq^B~~
} ; R%4Yg(-Q
@<3E`j'p
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 tA^+RO4
下面就可以修改holder的operator=了 T$`m!mQ4
S{?l/*Il*_
template < typename T > Ell14Iki
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 'z^'+}iyv
{ Ypl;jkHP
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ^ ^&H:q
} LtH
j
-<g[P_#
同时也要修改assignment的operator() e`co:HO`#
e/cHH34
template < typename T2 > rrR"2WuGO
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } <o9AjASv\,
现在代码看起来就很一致了。 )u+O~Y95&i
k,$/l1D
六. 问题2:链式操作 |fywqQFq
现在让我们来看看如何处理链式操作。 1 $1>cuu
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 3b\s;!
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 sBYDo{01
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ZBR^$?nj
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ^\g.iuE
yH=<KYk
template < typename T > 6/#+#T
struct result_1 5Q
<vS"g
{ KAXjvZN1
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; t
#Kucde
} ; KB^8Z@(+
V,=5}qozQ
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: g0"xG}d
iZ>P>x\
template < typename T > p6NPWaBR
struct ref unc6 V%
{ yZ{N$ch5b
typedef T & reference; p:4-b"O
} ; ?A;RTM
template < typename T > O:8
u^TP
struct ref < T &> h<)ceD<,
{ qE3Ud:j
typedef T & reference; ]zVQL_%,
} ; C[<{>fl)
'zav%}b]L
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: p+<qI~
p2Gd6v.t
template < typename T > 1) K<x
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ]Tb?z&
{ Qy"%%keV'T
return l(t) = r(t); EcX7wrl9x
} 34X]b[^
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 jygUf|
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 utRO?]%d
!
[TQYu:e
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 Ky7.&6\n
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Q|P
M6ta
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 %,1TAmJfHa
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 @{#'y4\>
最后的布局是: 7FkiT
Add 50|nQ:u,
/ \ 5x|$q kI
Divide 5 AA)pV-
/ \ "9dZ
z/{
_1 3 *z6A ~U
似乎一切都解决了?不。 U+#^>}wc
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。 4"Qb^y
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。 U\ ,N
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: :R
+BC2x
\D'mo
template < typename Right > </
"Wh4>C
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ^wc:qll
Right & rt) const [kpQ:'P3
{ >r
C*.
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 6W
} l%('5oz@\
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 )MSCyPp5
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。 A$7K5
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 J"<
h#@`
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 FeS
,TQ4j
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 }f_@@#KB?
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? RhmkpboucC
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: ctHQZ#.[(
o3\^9-jmp
template < class Action > f3n^Sw&Q(Q
class picker : public Action ?./fVoA]V
{ 1u5^a^O(|
public : ]K8G}|Wy6
picker( const Action & act) : Action(act) {} -hfkF+=U'
// all the operator overloaded suIYfjh
} ; T%9t8?I
]l h=ZC
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ^i8biOSZu
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: rN7JJHV
)g?jHm-p\
template < typename Right > & ^1 b]f
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ;qy;;usa
{ k<j]b^jbz
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); :-U&_%#w
} @:B}QxC
Y@q9
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Im-qGB0C
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 Z_dL@\#|
THX% z
`
template < typename T > struct picker_maker op2Zf?Bx{+
{ -DJ,<f*$
typedef picker < constant_t < T > > result; %Qb}z@>fJk
} ; kI04<!
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > js;YSg{m
{ yxT}hMa
typedef picker < T > result; XYD-5pG
} ; 7JuHa /Mv
4_CL1g
下面总的结构就有了: TG8 U=9qt
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。 8[t*VIXI
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。 nO'C2)bBSG
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 3?`TEw~'
至此链式操作完美实现。 Isvb;VT9L
yn@wce
A.7lo
七. 问题3 P0_Ymn=&