一. 什么是Lambda Q' {ML4
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 \!.B+7t=I
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, !Dn,^
ivJ@=pd)B
!Wntd\w
.1Dg s=|
class filler Sw ig;`
{ f.KN-f8<F
public : u04kF^
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} L>Fa^jq5
} ; h-`? {k&e
"R;U/+
;n*.W|Uph
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: "*e$aTZB\
C)ERUH2i
y51e%n$
{k
TEHe
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); dO!
kk"qn
$r@zs'N
B9jC?I |`
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 <lPm1/8
|4;Fd9q^m
1Y\DJ@lh
hF~n)oQ
二. 战前分析 2lH&
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。 #wwH m3
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 &[?\k>
pP&7rRhw
U)]oO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); l*Gvf_UH
/* --------------------------------------------- */ NX*Q F+
vector < int *> vp( 10 ); !C':
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); &
p
/* --------------------------------------------- */ >
PRFWO
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 8Z8gRcv{p
/* --------------------------------------------- */ 24 ' J
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 6jD=F ^jw
/* --------------------------------------------- */ vtg!8u4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ?Jm^<
/* --------------------------------------------- */ $f
<(NM6?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); U`(ee*}o
'x#~'v*
BO?%'\
NZ:,ph
看了之后,我们可以思考一些问题: @1roe
G
1._1, _2是什么? HAdg/3Hw
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 GY'%+\*tj
2._1 = 1是在做什么? ,q`\\d
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 2~)`N>@
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 &-)N'
AlaW=leTe
BA:VPTZq
三. 动工 y'.p&QH'`
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Qz1E 2yJ
Q~
w|#
YoNDf39
6Pl<'3&
template < typename T > Gx/Oi)&/
class assignment 6@5+m
0`u3
{ V~3a!-m\
T value; L,/%f<wd
public : b{&)6M)zo
assignment( const T & v) : value(v) {} 0Th&iA4
template < typename T2 > }j)e6>K])
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } zR:L!S
} ; =&]g "a'
)*J^K?!S
oJz^|dW
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 r#p9x[f<Y
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment oLeq!K}re
`*R:gE=
.*Y
|0b`fOS
class holder Xl#ggub?
{ e X|m
public : k="i;! Ge
template < typename T > O<?R)NH-P
assignment < T > operator = ( const T & t) const \ ~$#1D1f
{ ea
'D td
return assignment < T > (t); Bj;'qB>3
} .M%}X7
} ; 0S!K{xyR
?k{?GtSs
}Zn}
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: _]H&,</
JK5gQ3C[
static holder _1; ?0SJfh
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 YN F k
iqWQ!r^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); U'bEL^Jf
而不用手动写一个函数对象。 "+G8d'%YV
rg!r[1c
2E'UZ
m
)jP1or
四. 问题分析 /*mI<[xb
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。 |@d\S[~ ^G
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。 /a4{?? #e
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 UZ+<\+q3^
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 x7[BK_SY
下面我们可以对这几个问题进行分析。 @\#td5'
XXa|BZ1RX
五. 问题1:一致性 37o;;
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?| jNk%OrP]
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 C LRdm^B
,k3FRes3
struct holder *$g-:ILRuZ
{ }pkzH'$HJ
// UJ
template < typename T > &tj!*k'
T & operator ()( const T & r) const 0L52#;?Si"
{ cbTm'}R(G
return (T & )r; N~'c_l
} 7qS)c}Q\
} ; eJ-nKkg~a
fz
"Y CHe
这样的话assignment也必须相应改动: c]!V'#U
utV_W&
template < typename Left, typename Right > 6Z"X}L,*
class assignment {)sdiE
{ Zj'9rXhrM1
Left l; X"%gQ.1|{j
Right r; X^j fuA
public : r9?Mw06Wc5
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} nX8v+:&}
template < typename T2 > AA>P`C$&M
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } dk^~;m#iN
} ; KMax$
4 #Jg9o
同时,holder的operator=也需要改动: p6S8VA
-XG@'P_
template < typename T > x
kD6Iw
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ]6j{@z?{
{ .T`%tJ-Em
return assignment < holder, T > ( * this , t); )boE/4
} F8ulkcD
gjlx~.0d
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。 apn*,7ps65
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 {M)Nnst"~
);YDtGip J
return l(rhs) = r; yB!dp;gM{
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。 [nh>vqum
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: VIbq:U
DHRlWQox
template < typename Tp > /$%%s=@IL
class constant_t %a7$QF]
{ -nwypu
const Tp t; vP,n(reM
public : !VzC&>'v^9
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} J .<F"r>
template < typename T > ^ZCD ~P_=
const Tp & operator ()( const T & r) const RM/ 0A|
{ 1Z&(6cDY8M
return t; B<C&xDRZ0
} T
u'{&
} ; 2Khv>#l
St^5Byd<
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 s#GLJl\E_P
下面就可以修改holder的operator=了 .RL=xb|[
#0<XNLM
template < typename T > nr3==21Om4
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const moE2G?R
{ HbIF^LeY|R
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 3(UVg!t
} jb)ZLA;L_c
p
K$`$H
同时也要修改assignment的operator() [-x7_=E#
mp3s-YfRc
template < typename T2 > &nK<:^n
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } dF2RH)Ud
现在代码看起来就很一致了。 I`#JwMU;m
ss-D(K"
六. 问题2:链式操作 yCo.cd-
现在让我们来看看如何处理链式操作。 8b=_Y;
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。 f
*)Z)6E
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。 =BrRYA
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。 F:ELPs4"
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct sR8"3b<qA
#A.@i+Zv
template < typename T > M3Kfd
struct result_1 &m vSiyKX
{ WEpoBP
CL
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; LgYq.>Nl9
} ; D)Dr__x
2T`!v
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: nj4/#W
\`"ht
template < typename T > tnIX:6
struct ref 2?i7UvV
{ H)&R=s
typedef T & reference; %>s|j'{
} ; P|> ~_$W
template < typename T > ?%kV?eu'
struct ref < T &> ]%(2hY~i
{ jFb?b6b
typedef T & reference; H[|~/0?K
} ; v8DC21pb
Wez5N
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: =Runf
+}
G/ 5%.Bf@
template < typename T > C.QO#b
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const B\n[.(].r
{ L8n|m!MOD
return l(t) = r(t); P>6{&(
} F&Hrk|a
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 -{_PuJ "
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 1nOCQ\$l
>i
O!*&Y>
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 A(N4N
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ]N[ 5q=A5
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 c"xK`%e
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 |D.ND%K&
最后的布局是: u]gxFG"
Add u-C)v*#L
/ \ {y;n:^
Divide 5 Xry47a
)
/ \ .[ mRM
_1 3 G#1GXFDO{
似乎一切都解决了?不。 ]:\dPw`A
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 9k=3u;$v
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。 yOKI*.}
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: Q5_o/wk
[trwBZ^D~
template < typename Right > 6`-jPR
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const wvPk:1wD5
Right & rt) const Ic4H# w
{ ,v&(Y Od
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); k$7Jj-+~
} o8vug$=Z
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 b_):MQ1{
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。 2Wb]4-
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。 rXU\
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。 .GcKa024
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。 <