一. 什么是Lambda "w:?WS
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 c. 06Sw*
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$]i8AeG
e#s-MK-Q
W5R /
4(TR'_X(
class filler rfYFS96
{ &nfGRb
public : L[O.]2
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} -HUlB|Q8r
} ; 52q<|MW%
/s "Lsbe
S(Q=2Y
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: Qb?eA
st wxF?\NS
1hW"#>f7
M7\yEi"*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); MT{ovDA].
yR[htD`
d'2q~
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _!E)a
_
cm^Fi5
`R,g_{Mj
# GOL%2X
二. 战前分析 !Hx[
`3
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 KLCd`vr.xf
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 i?B(I4a!G
r"&VG2c0K
% jSB9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); CC,CKb
/* --------------------------------------------- */ DgODTxiX
vector < int *> vp( 10 ); N~+ e\K6
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); < m/@_"
/* --------------------------------------------- */ 10{zF_9yx
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); )=%TIkeF
/* --------------------------------------------- */ ##BfI`FJ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); _7b' i6-
/* --------------------------------------------- */ \&b1%Asyz
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); P;
9{;
/* --------------------------------------------- */ 1i/&t[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); UB,:won
a}[ 1*_G
@k3xk1*
]h?p3T$h
看了之后,我们可以思考一些问题: N^%7
1._1, _2是什么? o+F<
r#
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。 5LzP0F
U
2._1 = 1是在做什么? aM|;3j1p
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。 +\U#:gmw
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。 Z!2%{HQ=q
H&!?c5
=pd#U
三. 动工 ZiaHLpk
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 0YO/G1O&
Sd+bnq%
^]X\boWlI
]?lUe5F
template < typename T > rObg:(z&\
class assignment qaiR329fx
{ ,_z"3B)]
T value; dzs(sM=
public : #H.DnW
assignment( const T & v) : value(v) {} A^vvw~!d
template < typename T2 > T&+y~c[au
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 36UUt!}p
} ; %![3?|8~
T,/:5L9
=:_DXGW2H
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 9y?)Ga
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ^0HgE;4
lw=!v%L
q#\4/Dt
>!WH%J
class holder Dy|)u1?
{ X ;Cl8
public : uYCWsw/
template < typename T > :N64FR#
assignment < T > operator = ( const T & t) const f f5 e]^,
{ CkR
95*
return assignment < T > (t); SaFNPnk=
} i)=
\-C
} ; JVR,Py:%G
|syvtS{
xTf|u
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: /@Ec[4^=!.
JS^!XB'!
static holder _1; 3GPGwzX
|
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 k\Z7Dg$\D
:%>TM/E N
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~_a$5Y
而不用手动写一个函数对象。 cf,^7,-`"
A5go)~x\
'+v[z=.8]
_B7+n"t\r
四. 问题分析 IsiBn(1Z
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。 kK/([!
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。 dO4Jf9)
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 p(.z#o#
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 I R~szUY6
下面我们可以对这几个问题进行分析。 65U&P5W
L\xR<m<,
五. 问题1:一致性 <+_WMSf;4
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?| ?H!QV;ku
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Y3O/`-9i
rw.DKM'
struct holder rIeOli:<
{ th%T(D5n
// Wo{4*~f
template < typename T > #Wq@j1?
T & operator ()( const T & r) const #vzt6x@*
{ t5k=ngA
return (T & )r; eI1C0Uz1
} <Yn-sH
} ; GDYFhH7H
}#2I/dn
这样的话assignment也必须相应改动: 7V-uQ)*
b}!T!IP}
template < typename Left, typename Right > PO*0jO;%
class assignment \. YJs"<3
{ oAgU rl;R
Left l; 5DL(#9F8b9
Right r; ),XDY_9K
public : rmeGk&*R8
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ht2J, 1t
template < typename T2 > }aL&3[>>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 0t%`jY~%
} ; upiYo(sN.
3;F up4!4}
同时,holder的operator=也需要改动: C(n_*8{
cUr5x8<W).
template < typename T > _ ( $U\FW
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const <xUX&J=;
{ NIG*
}[}P
return assignment < holder, T > ( * this , t); |?t}7V#[
} {_ {zs!r
vngn^2
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 aSIoq}c(
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 S|]\q-qA&
dg#w!etB
return l(rhs) = r; R%"'k<`#
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 |LirjC4
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: <=%=,Yk
465?,EpS
template < typename Tp > vF9fXY=
class constant_t byPqPSY
{ \?vn0;R4
const Tp t; P52qt N<
public : #9t3 <H[
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ^1bM=9]F0
template < typename T > XA\wZV
|{
const Tp & operator ()( const T & r) const V W( +sSQ
{ U% OlYP$g
return t; 4wPP/`
} {J-Ojw|Y b
} ; ?@QcKQ@
4A)_D{(SH
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Q+*@!s
下面就可以修改holder的operator=了 KebC$g@W
"Ug+#;}p$
template < typename T > 7MIrrhk
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const \5fvD8>H
{ 0+NGFX\p
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); x{S2
} ,Bl_6ZaL
;0-R"c)-
同时也要修改assignment的operator() {dwlW`{
$pauPEe
template < typename T2 > (};/,t1#$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Qp +M5_
现在代码看起来就很一致了。 u<EPK*O*
W4=A.2[q
六. 问题2:链式操作 JhvT+"~
现在让我们来看看如何处理链式操作。 bycnh
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。 Zou;o9Ww
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。 a~Yq0 d?`D
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。 lQpl8>
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct D&1(qi=x&
vw
:&c.zd
template < typename T > !ezy
v`
struct result_1 Ks-$([_F
{ V0xO:7G^
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ,,;vG6^a
} ; NG?g(
t(UdV
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 04:QEC"9mj
uG(XbDZZ1W
template < typename T > =d/$B!t{
struct ref S}6xkX
{ T}Wse{
typedef T & reference; 9JO1O:W
} ; $Y8iT<nP
template < typename T > mp8Zb&Ggb
struct ref < T &> =oTj3+7
{ $`<-;kI
typedef T & reference; !*o{xq
} ; {}P~nP
Jt3*(+J>/
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 8d(l)[GZt
Dlz1"|SF
template < typename T > vJe c+a
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const gUme({h&|
{ oiQ:&$y
return l(t) = r(t); ^(KDtc
} t? Q
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。 XoGOY|2`6
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 qUk-BG8^
}O2P>Z?V
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 luJNdA:t&
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: De<i
8/^=
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 GjbOc
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 _po5j;"_O
最后的布局是: 63kZ#5g(Dw
Add TjOK8
t
/ \ rq:sy=;
Divide 5 s` =&l
/ \ !{vZvy"
_1 3 s1p<F,
似乎一切都解决了?不。 n>xuef
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。 iB + _+A
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。 R| XD#bG
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: -`5L;cxwk4
XI"IEwB
template < typename Right > L$^)QxH7
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const >J{e_C2ZS
Right & rt) const zICrp
{ rVwW%&
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @/xdWN!,
} tv5N
wM
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 wpt5'|I
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。 #I#_gjJkx
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。 +1c[!;'
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。 %DKC/%
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。 8F/zrPG
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? |][PbN
D
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: A-u!{F
g\ H~Y@'{
template < class Action > n(_wt##wE~
class picker : public Action Z8Tb43?
{ Ss:'HH4
public : u]P9ip"Z
picker( const Action & act) : Action(act) {} $?On,U
// all the operator overloaded %yK- Q,'O
} ; \W|ymV_Ki
\/9 O5`u*V
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 3gv?rJV
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: r9p ((ir
I_|W'%N]
template < typename Right > ~I]aUN
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const O~Svk'.)
{ ?gCP"~
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); v)nBp\fjxp
} X$eR RSW
B[5<&
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > XII',&
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。 rd,!-w5
)"%J~:`h}
template < typename T > struct picker_maker KBA&s
{ :wfN+g=
typedef picker < constant_t < T > > result; 4wx{i6
} ; NKRm#
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Ct$\!|aR
{ D8`SI21P
typedef picker < T > result; 2#Qw
} ; W+Ou%uv}S
TRr%]qd{Hr
下面总的结构就有了: ?y,KN}s_
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。 [_*?~
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。 l0E]#ra"
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 A2.4#Qb'
至此链式操作完美实现。 fsWPU]\)
pxCQ=0k
z }Vg4\x&
七. 问题3 0|,Ij$
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。 c=re(
3pyE'9"f6
template < typename T1, typename T2 > 4W=fQx]
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const WUb] 8$n
{ NKiWt
Z"
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); [}5mi?v
} -X-sykDm
J^zB5W,)
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: .>2]m[53
PB~
r7O]
template < typename T1, typename T2 > 3teP6|K'g
struct result_2 xdMY2u
{ gO/\Yi
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; QE721y
} ; k{bC3)'$#R
0XI6gPo%
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? 9[[$5t`8
这个差事就留给了holder自己。 UDPn4q
h r6?9RJY
(UZ].+)s
template < int Order > "YVr/u
class holder; Y4[oa?G
template <> "i&9RA!1
class holder < 1 > f[?JLp
{ BC#O.93`
public : (~fv;}}v
template < typename T > 4ZkaH(a1
struct result_1 Xm<|m#
{ i"mQ
typedef T & result; sAnb
} ; s%G%s,d
template < typename T1, typename T2 > &d]@$4u$;
struct result_2 V?~!D p
{ |Z8Eu0RSb
typedef T1 & result; 8YQ7XB
} ; `chD*@76I
template < typename T > Z_mQpt|y
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 2"WP>>b80
{ cI-@nV
return (T & )r; *DvQnj
} #VsS C1
template < typename T1, typename T2 > 1/%5pb2\
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const N;4wbUPL7h
{ @S 0mNA
return (T1 & )r1; CtZOIx.;|
} \5j#ad
} ; #$l:%
>` u8(
template <> X2{Aa T*M
class holder < 2 > )[ejb?{d
{ 8[#EC 3
public : U[z2{\
template < typename T > 5ka6=R(r
struct result_1 WT}xCni
{ un}!&*+
typedef T & result; D'#,%4P,e\
} ; @h(Z;
template < typename T1, typename T2 > bk]g}s
struct result_2 f/"IC;<~t>
{ FytGg[#]
typedef T2 & result; 2 ]n4)vv,
} ; +`!>lo{X
template < typename T > j|{
n?
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ULO_?4}B
{ _>3#dk
return (T & )r; $"va8,
} qRq4PQ@
template < typename T1, typename T2 > En4!-pWHQ
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const O\h%ZLjfO
{ #"C!-kS'=
return (T2 & )r2; l< H nP R/
} /v.<h*hxWy
} ; GGUwS
+jO#?J
! vuun |
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 ft~QVe!
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: 'r1X6?dJ
首先 assignment::operator(int, int)被调用: :_Iz(
2hV
u/xP$
return l(i, j) = r(i, j); 2iC BF-,
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) T
"#DhEM
HcrlcxwM\i
return ( int & )i; 4\j1+&W
return ( int & )j; 1B$8<NCQ=?
最后执行i = j; mRN[lj
可见,参数被正确的选择了。 =%|f-x
ZA}!Rzo
i8%Z(@_`
<[=[|DS l
8C*xrg#g:
八. 中期总结 sXYXBX[
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: 5C9
.h:c4y
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 rS+ >oP}
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 olm'_{{
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor ZgmK~iJ
#c9MVQ_
=E:sEw2j
IDdu2HNu
[Scao $
O%<+&