一. 什么是Lambda -}<g-*m"q
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ^Vo"fI`=C
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, g6' !v
IcoowZZ
70iH0j)
E 5kF^P
class filler P W[6/7
{ ju{%'D!d9
public : X8 qIia
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} T_ ^C#>
} ; R^{xwI
!Cb=B
}: #dV
B+
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: 0\ f-z6
o~~ 9!\
\graMu}-
P/aDd@j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); t .=Oj
5+L8\V9;
b(T@~P/
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 X4I]9t\
ZgF/;8!~V-
76MsrOv55
j+>Q# &h9
二. 战前分析 LZV}U*
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。 YBylyVZ
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 &va*IR
(+MC<J/i
f)Y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); A'g,:8Ou
/* --------------------------------------------- */ #]zhZW4
vector < int *> vp( 10 ); W8*
2;F]
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); BJIQ
zn3
/* --------------------------------------------- */ 0zV 4`y
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); |cu`f{E2]
/* --------------------------------------------- */ wgZrrq/W|
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 3j&B(aLy
/* --------------------------------------------- */ 'G
Y/Q5
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); U"x~Jb3]O
/* --------------------------------------------- */ -3k;u
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); )>$^wT
,>S+-L8
9.-47|-9C
oc;VIK)g]c
看了之后,我们可以思考一些问题: d
Uz<1^L
1._1, _2是什么? uGCtLA+sL
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ]L(54q;W
2._1 = 1是在做什么? X%`KYo%
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Xu%d,T$G
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。 Sh$U-ch@
4WG=m}X
#Q+R%p[D
三. 动工 0x#E4v(UA
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: H5p5S\g-)
\\s?B K
=h[yAf
@YB85p"]J.
template < typename T > R-C5*$
class assignment `,m7xJZ?y
{ E0jUewG
T value; ; +9(;
public : EE9vk*[@C
assignment( const T & v) : value(v) {} 3{q[q#"
template < typename T2 > LaT8l?q q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } v>:=w|.HC
} ; ?%;B`2 nDR
L5C2ng>
&CO|Y(+
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 }{=8&gA0
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment /&QQ p3
WVkG2
oek #^:pF
"uS7PplyO
class holder EqQ3=XMUL@
{ xXPUrv5zO
public : 9
P~d:'Ib
template < typename T > ?&\h;11T
assignment < T > operator = ( const T & t) const U%,;N\:_
{ #'iPDRYy
return assignment < T > (t); Q>[Ce3
} @ AggznA8
} ; 4L11P
'2xcce#
wzbz}P>
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: i :EO(`
c
_p[yS
static holder _1; ooDdV
>
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 #!1IP~
IadK@?X6j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); BDp:9yau
而不用手动写一个函数对象。 rFO_fIJno
9nO(xJ"e4
r
hZQQOQ
gE1|lY$NL
四. 问题分析 r8F{A6i N
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 h-,?a_
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 *@~`d*d
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Seg#s.
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 >*{:l,LH
下面我们可以对这几个问题进行分析。 |yU3Kt
sU0Stg8&b
五. 问题1:一致性 hw|t8 ShW
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| k_BSY=$e*D
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3Mxz_~
q>P[n z%
struct holder _ Q{T ';
{ -Sp/fjlq/
// C|9[Al
template < typename T > =!YP$hf Y
T & operator ()( const T & r) const i<bxc
{ 5U3qr*/ ;m
return (T & )r; J+0/ :00(
} U(P:J e
} ; Z$1.^H.Db
I}rGx
这样的话assignment也必须相应改动: h&q=I.3O|?
b24di
template < typename Left, typename Right >
wFp~
class assignment gU u&Vy\
{ =#b4c>
Left l; dA|Lufy#
Right r; !2#\| NJk
public : K_Z+]]$#
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Z~:/#?/
template < typename T2 > p8$\uo 9YQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } :|zp8|
} ; |$Qp0vOA}
,RR;VKj
同时,holder的operator=也需要改动: ,cPkx~w0
[6G=yp
template < typename T > {uEu>D$8
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const \ hrBq^I
{ I7A7X*
return assignment < holder, T > ( * this , t); u/;_?zI
} cl@kRX<7'
FoQ?U=er
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 2.!1kije
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 F9v)R#u~
"OVi /:*B
return l(rhs) = r; u"*J[M~
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ^M[#^wv,
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: =A$Lgk>|
@>+^W&
template < typename Tp > )nJzSN=>$
class constant_t 1bT'u5&
{ U.Pa7tn
const Tp t; D xe-XKNc.
public : cO8`J&EK
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} l&\tf`~
template < typename T > 3L?WTS6(u
const Tp & operator ()( const T & r) const H U:1f)aa
{ '_k >*trV
return t; wEZ,49
} >-UD]?>
} ; H]Y#pLu|
i<'{Y
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 t) ;
下面就可以修改holder的operator=了 |GJBwrL^0
7zOhyl?
template < typename T > 'uws
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ,\BfmC_i
{ )lQN)!.)
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0T7M_G'5Q
} u![4=w
FP.(E9
同时也要修改assignment的operator() <GSQ2bX[
ww-XMz h
template < typename T2 > "1_{c *ck
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } yW%&_s0
现在代码看起来就很一致了。 >oVc5}
zC<'fT/rG
六. 问题2:链式操作 <+ -V5O^
现在让我们来看看如何处理链式操作。 7^n,Tig
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。 &*X3ch
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。 5}<.1ab3V
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。 z\X60T
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct H?rSP0.
7yo|ie@S
template < typename T > 1-4
struct result_1 Q,OkO?uY
{ ]R97n|s_
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result;
=~,$V<+c
} ; %{N>c:2I$
sZ0g99eX
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: L+v8E/W
xmCm3ekmpC
template < typename T > ~+sne7
6 U
struct ref U;x99Go:
{ ]$* $0
typedef T & reference; HY*l 4QK
} ; *=($r%)
template < typename T > k/$Ja;
struct ref < T &> ##SLwrg
{ $xKg }cO
typedef T & reference; @C!JtgO%
} ; }`+O$0A
( 1QdZD|
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: [d!Af4
>VpP/Qf
template < typename T > dM);LT8@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 0S)"Q^6ny
{ >qSO,$
return l(t) = r(t); nEjo,
} aL_;`@4
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。 ?AqrlR]5
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 j<.
<S {
7AZ5%o
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 6Y0/i,d*
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: &xPOp$Sx~
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 `XQx$I
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 A5 &>!y
最后的布局是: <) >gg!
Add |[lxV&SD.
/ \ KUl
Zk^a
Divide 5 r< d?
/ \ $ioaunQKP
_1 3 TMnT#ypf<5
似乎一切都解决了?不。 eZa3K3^
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。 &4ug3
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。 !?tu!
M<1?
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: $i1>?pb3
Hl4vLx@
template < typename Right > Y/?DSo4G
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const (hD X4;4
Right & rt) const e#76h;
{ +lY\r + ;
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); :Su 5
} hr/xpQW
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 mI_ 6f~
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。 ;ph+ZV
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。 DYy@t^sC
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。 `Z;B^Y0
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。 ,d/CU
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? 8EW`*+%=
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: =CD:.FG.
zWKrt.Dg
template < class Action > fzPgX
class picker : public Action K284R=j -&
{ H4K(SGx
public : m \R@.jkZ
picker( const Action & act) : Action(act) {} 8ESkG
// all the operator overloaded _BeX7
} ; jS5t?0
f"}0j|Gg
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。 UC?2mdLt^
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: @n~ND).
RN cI]oJ
template < typename Right > uMq\];7I
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 6 ^6uK
{ {kY`X[fvZ
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); z~A(IQO
} 1*eWvYo1
p!rGPyGC
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > >E2WZHzd2
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。 Hsux>+Q
52q!zx E
template < typename T > struct picker_maker q(${jz4w
{ K7d1(.
typedef picker < constant_t < T > > result; 4F 6ju6w
} ; Ri%Of:zZ
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 7\Yq]:;O
{ &`\kb2uep
typedef picker < T > result; ;Kq<',u~
} ; n=#[Mi $Y
<iY 9cV|}3
下面总的结构就有了: S4uR\|
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 #q^>qX
y
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。
:jN;l
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 G41$oalQ1
至此链式操作完美实现。 nu1w:
hE?GO,
})yb
七. 问题3 sB*h`vs0T
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。 [))2u:tbS\
u0$5Fd&X
template < typename T1, typename T2 > Hf E;$
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ;*85'WcS
{ S+E3;' H
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); hGaYQgGq
} _tg3%X]
k?@W/}Iv9
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: OkO@BWL
zfT'!kb,(
template < typename T1, typename T2 > qkyX*_}
struct result_2 L52z
{ EzY
scX.[
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; fh5^Gd~
} ;
s*A|9uf5
;tIIEc
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? 0$dY;,Q .
这个差事就留给了holder自己。 ='l6&3X
E`Zh\u)
5E!|on
template < int Order > gs2&0rnOy\
class holder; h?O%XnD
template <> }e;p8)]Wl
class holder < 1 > nh_xbo5L[
{ 9ixnf=$Jp
public : G#=b6DB
template < typename T > @rDv
(W
struct result_1 4h2bk\z-
{ N'1 [t
typedef T & result; ,'@ISCK^
} ; ?)ZLxLV::
template < typename T1, typename T2 > ,\">o vV33
struct result_2 kv`3Y0R-"
{ R|^t~h-
typedef T1 & result; VE+p&0
} ; ohG43&g~
template < typename T > zJym`NF
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const v+,
w{~7RH
{ A_dYN?^?|
return (T & )r; Z{>Y':\?<
} z8MpE
template < typename T1, typename T2 > vN[m5)aT
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const @x\gk5
{ i=+<7]Q
return (T1 & )r1; 9=;g4I
} 9H Bx[2&
} ; YJ;a{)e
_a02#
template <> "q#g/T
class holder < 2 > yyYbB ]D
{ s</ktPtu
public : i2 Iu2
template < typename T > sZ(Q4)r
struct result_1 ?_`P;}4#
{ n ;fTx
typedef T & result; .M#>@~XR
} ; ?%TM7Z4
template < typename T1, typename T2 > -
&LZle&M
struct result_2 I5 7<