一. 什么是Lambda !R{em4 8D
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 HD00J]y_
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, iS0 5YW
A2_Ls;]
EXHR(t}e
C'<'7g4
class filler _3&/(B%H
{ :uvc\|:s
public : <Kp+&(l,l
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} J|?[.h7tO
} ; j],&z^O$
8MQbLj'H
FV8\+ep
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: ,;3:pr
BhkAQEsWTQ
Iaa|qJ4
Wa, 7P2r
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); BHclUwj
RAOKZ~`
lk o3]A3
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ^ 0eO\wc?O
.+uVgSN
j4vB`Gr]
S)Mby
二. 战前分析 Ij,Yuo
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。 *h])mqhB
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 ?o>6S
EGW
k(9s+0qe
24O
d] f
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); J[o${^
/* --------------------------------------------- */ `axQd%:AC
vector < int *> vp( 10 ); `D"1
gD}{A
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); "i(U
/* --------------------------------------------- */ w(#:PsMo<
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); GZ,j?@
/* --------------------------------------------- */ )u
Qvt-
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ec1Fg0Fa
/* --------------------------------------------- */ 8E-Ip>{>
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); c}'Xoc
/* --------------------------------------------- */ &m4f1ZO*
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); l]>!`'sJL
-s33m]a;
<>?^ 4NC<M
L:^Y@[f
看了之后,我们可以思考一些问题: m&ZJqsZIL
1._1, _2是什么? R/rcXX7%
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 9Q=>MOB-
2._1 = 1是在做什么? ^T+<!k
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 O2$!'!hz
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。 j}"]s/= 6
/LSq%~UF
vg5E/+4gp%
三. 动工 :nt}7Dn'
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: *:(1K%g
M$#+W?m&
01-p
`H+
Qk|( EFQ9
template < typename T > d{?)q
class assignment e5FCqNip'
{ #% qqL
T value; ^?#@[4?"
public : ]y$)%J^T
assignment( const T & v) : value(v) {} <%he
o
template < typename T2 > rT o%=0P
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 1XQ87~
} ; YBR)s\*
gca|?tt
s!bHS_\e|
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 RLv&,$$0
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment #T
Z!#,q
7%W!k zp>
zkH<aLRB
EWSr@}2j
.
class holder ws#hhW3qK
{ l
DgzM3
public : h)"'YzCt
template < typename T > FyQOa) 5
assignment < T > operator = ( const T & t) const 9]"\"ka3>
{ bx1G
CD
return assignment < T > (t); pVdhj^n
} kWI]fZ_n
} ; Qh/lT$g
)x y9X0
?exALv'B
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: cPx66Dh&
K,Lr+
static holder _1; oC5gME"2
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 >qr=l,Hi
F>p%2II/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); hU |LFjc
而不用手动写一个函数对象。 }o~Tw?z-|
)kFme=;
_.u~)Q`6
\?aOExG
I
四. 问题分析 hg(KNvl
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。 c>M_?::)0
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。 4mki&\lw`
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 >6n@\n
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 R9S7_u
下面我们可以对这几个问题进行分析。 $[WN[J
Ufyxw5u5F
五. 问题1:一致性 y[TaM9<
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?| lv*Wnn@k
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 4KN0i
A;K{ &x
struct holder s9^"wN YQ
{ xKRfl1
// ZKVp[A
template < typename T > [I#Q
T & operator ()( const T & r) const b=6ZdN1
{ fJ,8g/f8
return (T & )r; 8f5%xY$
} 5;r({J
} ; A{xSbbDk
y}s
0J K
这样的话assignment也必须相应改动: 4yJ01s
N9~'P-V
template < typename Left, typename Right > _Eet2;9
class assignment C`=`Ce~|d
{ 3/]f4D{MMY
Left l; -K{\S2
Right r; #$9U=^Z[
public : 2nOe^X!*
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 9&?tQ"@x
template < typename T2 > KyVe0>{_u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } &@Ji+
} ; 6'3Ey'drH
6EW"8RG`
同时,holder的operator=也需要改动: 4c493QOd
r-Xjy*T
template < typename T > R$~JhcX*l'
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const \H}@-*z+)
{ #CBo
return assignment < holder, T > ( * this , t); #RsIxpc
} sZ\i(eIU
^^W`Lh%9
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。 dW] Ej"W
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 "' LOaf$X
tFb|y+
return l(rhs) = r; 2l;ge>DJ
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。 LS?` {E
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 0:nt#n~_
u!156X?[eU
template < typename Tp > &AkzSgP
class constant_t Wl}G[>P
{ `pn-fk
const Tp t; ixUiXP
public : `K ~>!d_
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} mAtG&my)
template < typename T > }1E_G
const Tp & operator ()( const T & r) const ]Y/pSwnV
{ crF9,p
return t; Lt
ZWs0l0
} 7i%P&oB
} ; Nc^b8&
2J
wZ#~+ }T
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 _'o^@v:
下面就可以修改holder的operator=了 v:!7n
rSzXa4m(
template < typename T > c'VtRE# z~
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const p5D3J[?N
{ yM\tbT/l
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Amq8q
} KH CdO
2T{-J!k
同时也要修改assignment的operator() wN%DM)*k
Z2Y583D
template < typename T2 > w Lg:YM"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } c"_H%x<[
现在代码看起来就很一致了。 +RKE|*y
o
Q!g!xz
六. 问题2:链式操作 uc{Qhw!;:
现在让我们来看看如何处理链式操作。 7kew/8-
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。 4Q>jP3
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。 pu
m9x)y1
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。 }G0.Lq+a
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct )l81R
2+hfbFu,1
template < typename T > Xj&~N;Ysb
struct result_1 ;#Bh_f
{ B[k+#YYY
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; AF{7<v>/P
} ; DdA}A>47
0Ci"tA3"
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: T[2f6[#[_
B3k],k
template < typename T > q2"'W|I
struct ref `'{%szmD
{ ,1.([%z+r
typedef T & reference; L@x8hUG"
} ; js$a^6
template < typename T > "$wPq@
struct ref < T &> u{dN>}{
{ Y+5A2Z)f[
typedef T & reference; pOe` *2[
} ; Eo3Aak o
`cTsS
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: A0 w `o
Z[A|SyZp
template < typename T > M#gGD-
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const `E1_S
{ gpTF^.(
return l(t) = r(t); %2FCpre;
} I}CA-8
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。 DcvmeGl
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ():?FJM
5In8VE
!P
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 GzE3B';g
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: %l$&_xV-
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 (YWc%f4
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 4m~stDlN
最后的布局是: 2wimP8
Add kl<B*:RqH
/ \ x;b+gIz*
Divide 5 f4 ;8?
/ \ 7)5$1
_1 3 5@r Zm4U
似乎一切都解决了?不。 fbbl92p
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。 EG:WE^4
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。 hF%~iqd
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: B*~Bm.
!-}*jm p<
template < typename Right > UK9MWC5g9
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const o[+|n[aT)3
Right & rt) const 9;WOqBD
{ :FgRe,D
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ,0u0 '
} x@RA1&c
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 CjukD%>sde
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。 oL/^[TXjH
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。 .mU.eLM
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。 NGeeD?2~
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。 r H_:7#.E
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? uEO2,1+
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: 8t
35j
GP
kCgb(
template < class Action > h[)aRo
class picker : public Action Oh85*3
{ ?F), 4Q
public : vpw&"?T
picker( const Action & act) : Action(act) {} "+JwS
// all the operator overloaded 5x'y{S<
} ; 9%k.GE
v\tbf
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。 =id $
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: 3B|-xq;]I
"ddH7:(k<
template < typename Right > ^%/5-0?xE
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ~oR&0et
{ 'ah0IYe
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); U[ungvU1U
} ?cxK~Y\
1X}Tp\e
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 93eqFCF.
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。 8 =Lv7G%
L/+J|_J)
template < typename T > struct picker_maker JF\viMfR
{ 7%FZXsD
typedef picker < constant_t < T > > result; s5
'nWMo
} ; -"tgEC\tD
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > PKs%-Uk
{ %>U*A
typedef picker < T > result; m8A_P:MQq
} ; 1^>g>bn_"
E"yf!*
下面总的结构就有了: 6OW-Dif^AG
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。 y$No o)Z
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。 BfLZ
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 j7 3@Yi%
至此链式操作完美实现。 0-~x[\>>
1iW9?=a"
=8D4:Ds
七. 问题3 ymCIk/\
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。 k0uwG'(z9
N9|.D.#MF
template < typename T1, typename T2 > Oo .Qz
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ABDUp:
{ pREYAZh
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); C7_T]e <
} Ax*~[$$~%
E,:pIw
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: 9o'6es..@Z
3pH`]m2
template < typename T1, typename T2 > A:J{
struct result_2
4N0nU
{ <5}du9 @
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; e>Y2q|S85
} ; W+S; Do
0l@+xS;
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? [k}\{i>
这个差事就留给了holder自己。 }]?G"f
t K
)eMh,r
.u?$h0u5
template < int Order > Y/(-mcR
class holder; 1*CWHs
template <> * v]UgPk
class holder < 1 > K7VG\Ec
{ V gk,+l!4
public : Z!eq /
template < typename T > cN>i3}fq
struct result_1 =Q/>g6
{ m3-J0D<
typedef T & result; 3:#rFb
} ; r2'rfpQ
template < typename T1, typename T2 > n"Vd"}sU.
struct result_2 9X` QlJ2|
{ /CE d14.
typedef T1 & result; x@}Fn:c!5
} ; ,O!aRvzap
template < typename T > EQ$9IaY.
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const I!O S&8:u
{ ~=ys~em e
return (T & )r; Acv{XnB
} 5^/[] *
template < typename T1, typename T2 > mIo7 K5z{
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const {jf~?/<
{ ptQ(7N
return (T1 & )r1; &2igX?60
} ;)a9Y?
} ; y*(j{0yd
uJ\Nga<?
template <> `%p6i|
_Q
class holder < 2 > Zx 1z
hc
{ sR.j~R
public : .&