一. 什么是Lambda w[EEA_\
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 F`+S(APT8
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, 2_Cp}Pj
2o W'B^-
>gn@NJ2 N
c]ga)A(
class filler :&E~~EUW
{ )]m4FC:
public : z@jKzyq
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} e%0IEX
} ; UM0#S}
C?6q]k]r
yC!>7@m
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: ?4R q +
LVL#qNIu
t6)R37
eV0eMDY5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); !yKrA|w1
j1ap,<\.k
/u"Iq8QA
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ma`sv<f4-!
f
uH3C~u7<
90H/Txq
%fh-x(4v
二. 战前分析 NpGz y`&b
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。 HEK?z|Ne
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 }j\8|UG
u (`7F(R
]Rmu+N|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); KkR.p,/
/* --------------------------------------------- */ ;N
_%O
vector < int *> vp( 10 ); z qd1G(tO
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); MA7&fNjB
/* --------------------------------------------- */ pT;xoe
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); u:^9ZQ+
/* --------------------------------------------- */ DuC_uNJ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); G/KTF2wl7
/* --------------------------------------------- */ Jd33QL}Hj
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' );
3BB/u%N}
/* --------------------------------------------- */ a1v?{vu\E
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 1L3 $h0i
z7Z!wIzJ
}7qboUG e
`3dGn.M
看了之后,我们可以思考一些问题: EDA6b]
1._1, _2是什么? +n|@'= ]
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 yJ8_<A
2._1 = 1是在做什么? 2o0WS~}5
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 X>MDX.Z
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 M7(]NQ\TQ
zR}vR9Ls
4}<[4]f?|
三. 动工 Oc/ i'
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: v0%FG9Gk
F=;nWQ&
kyD*b3MN
=>xyJ->R
template < typename T > Ys@\~?ym+
class assignment 1_)Y{3L
{ ^O3p:X4u
T value; 0}$R4<"{Y>
public : `Fb%vYf
assignment( const T & v) : value(v) {} QV=|'
S
template < typename T2 > 5^36nEoA(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } I$I',x5Z
} ; 8fQXif\z
K`kWfPwp
FW"gj\
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 *Di ;Gf@
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ,)t/1oQ}>^
j.29nJ
sW@_q8lG
bHmn0fZ9
class holder h.aXW]]}(P
{ U5H5QW +
public : ,<=_t{^
template < typename T > `xFgYyiQd
assignment < T > operator = ( const T & t) const >F;yfv;
{ [vcSt5R=
return assignment < T > (t); S~.%G)R
} 7iH%1f
} ; #h2 qrX&+
^e1mK4`
OBZ:C!
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: e1 P(-V
(l:LG"sy\
static holder _1; vOBXAF
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 VJ|80?4h
a O(&<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); a*Ng+~5)6
而不用手动写一个函数对象。 Xa&0j&AH
1IZTo!xi
-y)g}D%
%CG=mTP
四. 问题分析 wy#5p]!u
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ci{WyIh
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 "$N 4S9U
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 uE,j$d
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 QhmOO-Z?
下面我们可以对这几个问题进行分析。 tcj3x<
420yaw/":
五. 问题1:一致性 ,M$J
yda
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>&t``<
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 'Rw*WK
&%` 0&y
struct holder Xa/]}
B
{ S+//g+e|f
// rZG6}<Hx
template < typename T > km9@*@)
T & operator ()( const T & r) const ?E.MP7Y#V
{ pDG>9P#mO
return (T & )r; wlfq$h p
}
NUGiDJ+[
} ;
Yjp*T:6
'n!kqP
这样的话assignment也必须相应改动: K&/!3vc
td\'BV
template < typename Left, typename Right > F]`_ak E
class assignment
:A]CD(
{ s f<NC>-
Left l; ~MLBO
Right r; h9WyQl7
public : %2EHYBQjN
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} )dZ1$MC[
template < typename T2 > F`JW&r\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } X16r$~Pb
} ; 2qfKDZ9f^
Ue2k^a*Ww
同时,holder的operator=也需要改动: tY6QhhuS:
Cw]bhaG
g
template < typename T > 5{O9<~,
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const {.D/MdwW;
{ pl5Q2zq%
return assignment < holder, T > ( * this , t); 53)*i\9&
} DyPb]Udb:
)SsO,E+t=U
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 LQ.0"6oj
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 `Fs- z
so@wUxF
return l(rhs) = r; ~U`|+
5
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 RL~]mI!U
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 9Ts r g
SH#!Y
template < typename Tp > `*HM5 1U
class constant_t i4r8146D[
{ b{hdEb
const Tp t; %E`=c]!
public : OysO55 i
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} f`"@7-N
template < typename T > TC^fyxq
const Tp & operator ()( const T & r) const T$Rj/u
t1
{ |FH|l#bu>
return t; 71!'k>]h
} E.+BqWZ!
} ; !=rJ~s
F/{
{BS`v5*
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 /dq(Z"O_
下面就可以修改holder的operator=了 muKCCWy#
&1$|KbmV4
template < typename T > QPJz~;V2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ;;lOu~-*$p
{ 9,G94.da
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); !+Us) 'L
} w^wh|'u^_@
eL{6;.C
同时也要修改assignment的operator() 1JWo~E'
}N%uQP#I
template < typename T2 > ooIA#u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } w-?|6I}T
现在代码看起来就很一致了。 \1mTKw)S
{}1KI+s9\
六. 问题2:链式操作 $61j_;WF`
现在让我们来看看如何处理链式操作。 m.2=,,r<Fq
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。 RI#o9d"x}
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。 ~5sH`w~vQ
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。 ZAa:f:[#f
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct wwVg'V;
{&d )O
template < typename T > $KMxq=
struct result_1 ~;P>}|6Y
{ %% A==_b
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; u[~= a5:4
} ; 9 Z79
~ w,hJ `
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: fNaboNj[
b5.L== >
template < typename T > MMS#Ci=Lj
struct ref cLyed3uU
{ `(Ij@84
typedef T & reference; 6*tbil_G+
} ; nMU[S+
template < typename T > Z|IFT1K
struct ref < T &> A
^U`c'$
{ -P[bA0N,
typedef T & reference; 6 Z7J<0
} ; ; 6*Ag#Z
$3D#U^7i
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: #,PB(
>J>|+W
template < typename T > #;~dA
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const tDwj~{a~
{ 8@J5tFJ&%
return l(t) = r(t); '1te(+;e@
} tFKR~?Gc
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 ygSvYMC
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 @!:_r5R~N
StWF66u34&
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 Hg%8Q@
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Y~+`F5xX<
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 oq3{q
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 t?404
最后的布局是: [V _?`M
Add -y5Zc?e
/ \ I!uGI
Divide 5 1l`$. k
/ \ ^tY$pPA
_1 3 2*1FW v
似乎一切都解决了?不。 :x<'>)6
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 0 w#[?.
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 A/4HR]
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: [# '38
B "z`X!\
template < typename Right > g,
%xGQ4+
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const <Y9xHn&
Right & rt) const +s'qcC
{
01nbR+e
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 5z>kz/uxW
} 8,,$C7"EP
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 V~uH)IMkh7
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。 x{X(Y]*1S
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。 .kO;9z\B
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。 p(F}[bP
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。 <?UIux
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? %`P6a38j
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: bJo)rM:m
ZgcJxWC<
template < class Action > ]S6`",+)<f
class picker : public Action -];/ *nl
{ V^P]QQ\
)
public : GIt~"X
picker( const Action & act) : Action(act) {} `N_elf://n
// all the operator overloaded t}zffe-
} ; D~~&e<v'1
s:y~vd(Vi
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。 v>FsP$p4yE
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: UJXRL
=rA "|=
template < typename Right > @O/Jy2>3H
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 6q[|U_3I@
{ B&~#.<23:
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8,Jjv*
} gBzg'Z
/STFXR1@.u
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > h01 HX
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。 N02X*NC
'~HCYE:5
template < typename T > struct picker_maker #V[j Q Vl
{ @l)HX'z0d
typedef picker < constant_t < T > > result; qB57w:J
} ; eSNwAExm
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > mRe BS
{ G_GV
typedef picker < T > result; <l/QS3M
} ; /gkHV3}fu
LUGyc( h
下面总的结构就有了: F)ak5
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}<w)b1e|
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。 J*Dt\[X
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Hc`)Q vFRW
至此链式操作完美实现。 'R&Y pR
fqoI(/RWP
lSGtbSyDI
七. 问题3 snPM&
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。 .lclW0*
X$aN:!1
template < typename T1, typename T2 > Wpgp YcPS
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const O$F<x,
{ ;VhilWaF-
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); =L,s6J8_'
} {+`'ZU6C
$AGW8"
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: &I8Q'
Lp!4X1/|\
template < typename T1, typename T2 > :c4iXK0_^?
struct result_2 F#0y0|
{ Ri[ v(Zf
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Mnj\t3:
} ; ]i$<<u
#b u]@/
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\qLuF[)
这个差事就留给了holder自己。 YkOl@l$D
R,+Pcn$ws
qDG{hvl[1r
template < int Order > |p4D!M+$7
class holder; z|KQiLza
template <> ~>&