一. 什么是Lambda u<EPK*O*
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 w[#*f?at~
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, c]NZGn*
lQpl8>
;Qidf}:
0qL.Rnt
class filler d?aZk-|c
{ .f`KP!p.
public : <MJ-w1A
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} d'[q2y?6N
} ; =d/$B!t{
r%%@~ \z
rN'}IS@5
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: XRi37|p
h]&o)%{4
KxDfPd+j[
YwZ]J
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); [<X ~m
w`[`:H_z
B^C5?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 &t}6sD9o
~'N+O K
DS ;.)P"
R#!Urhh
二. 战前分析 @>`qfy?
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 p ^Y2A
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 <t dsUh:?&
u24XuSe$
>]kZ2gVt
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); \zhCGDm1_
/* --------------------------------------------- */ !{vZvy"
vector < int *> vp( 10 ); PNH>LT^
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); *S'?u_Y7
/* --------------------------------------------- */ gps.
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Qjmo{'d
/* --------------------------------------------- */ _O&P!hI
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); qyjVB/ko
/* --------------------------------------------- */ S 9;FD 3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ld#YXJ;P.k
/* --------------------------------------------- */ "g5MltH
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); %DKC/%
r|y\FL
q><wzCnRu~
O;.DQ
看了之后,我们可以思考一些问题: P>R u
1._1, _2是什么? M-(,*6Q
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。 7A{Z1[7
2._1 = 1是在做什么? S";}gw?r6
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。 9H2mA$2jnE
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)sOne
%!R\-Vej
u $qazj
三. 动工 v)nBp\fjxp
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: }S{VR(i`J
1*:BOoYx
$5@[l5cJU;
**c"}S6:mC
template < typename T > zrwzI+4
class assignment uCgJF@
{ oo1h"[
T value; L;=LAQ6[
public : zL3I!& z2
assignment( const T & v) : value(v) {} ~|ha91
template < typename T2 > sHQO*[[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } q-S#[I+g
} ; M$} AJS%8
&Y3ZGRT
/1eeNbd
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 #<es>~0!
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment hLT?aQLx
`2y?(BJp
E`|vu*l7
28j/K=0(
class holder 34L1Gxf
{ 8Ep!
public : w,t !<i
template < typename T > <:!:7
assignment < T > operator = ( const T & t) const ED>P>Gg
{ <VhD>4f{]
return assignment < T > (t); %0'7J@W
} W*2P+H%
} ; #Fkp6`Q$x
\/-4 jF:
2rHQ7
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: H!|g?"C
:mt<]Oy3
static holder _1; pDcGf7
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 B/Ltb^a
wJu9.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |gU)6}V@
而不用手动写一个函数对象。 GE=PaYz
[EK@f,iM
Sa/]81aG
@QE&D+NS
四. 问题分析 tD,I7%|@
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 /h@3R[k
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 %q6I-
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。
Az/B/BLB
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 gw$?&[wY
下面我们可以对这几个问题进行分析。 AuY*x;~
Zh_3ydMD1
五. 问题1:一致性 y[GqV_~?Y
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?| UK)wV
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 6NQ`IC
k7]4TIUD*
struct holder lHE \Z`
{ h~O^~"jc
// yE;S6 O
template < typename T > Qx&7Ceu"
T & operator ()( const T & r) const m%c]+Our`
{ iDdR-T|
return (T & )r; kIRjoKf <F
} m= %KaRI
} ; *\*]:BIe&v
+jO#?J
这样的话assignment也必须相应改动: @9l$jZ~x
fS p
template < typename Left, typename Right > D`U,T&@
class assignment qHPinxewx
{ @VyF'
?}
Left l; =L`PP>"rW
Right r; U&SSc@of
public : @\+UTkl8
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} EJNHZ<
template < typename T2 > i8%Z(@_`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; }
yZb})4.
} ; 3ouo4tf$H.
_qH]OSo
同时,holder的operator=也需要改动: M XuHA?
YoZd,} i
template < typename T > 5@n|uJA
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ,V)hV@Dk
{ -CALU X
return assignment < holder, T > ( * this , t); u,~+ho@
} 5f75r
?OGs+G
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。 fT<3~Z>m
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 YVk
+zt~S
~/Y8wxg
return l(rhs) = r; hJX;/~L
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。 &fnfuU$
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: .:(gg
}(WUZ^L
template < typename Tp > N8!e(YK_
class constant_t UaHN*@
{ ]agdVr^
const Tp t; f%REN3=5K
public : VD{_6
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} rNgAzH
template < typename T > avqJ[R
const Tp & operator ()( const T & r) const oJI+c+e"
{ Y1BxRd?D
return t; P[e#j
} ^!O2Fw
} ; 5jTA6s9z A
If|i `,Iy
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 C+gu'hD
下面就可以修改holder的operator=了 sB01QVx47
|8\et
template < typename T > hiaTJE|J?
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const , qhv(
{ X<H+Z2d
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); u#Uc6? E
} +jp^
u_$Spbc]/
同时也要修改assignment的operator() ,Nev7X[0
QSOJHRl=C
template < typename T2 > ?QzN\fY;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 1:"ZS ]i
现在代码看起来就很一致了。 E8We2T[^M
D&8*4>
六. 问题2:链式操作 ,q
Bu5t
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ~I%JVX%
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 oF0*X$_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。 N37#Vs
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。 et}s yPH
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Zg!E}B:z
e1K{*h
template < typename T > .eDI ZX
struct result_1 N)$yBzN
{ !q*]_1
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; R<1[hH9"o
} ; q.RW_t~
s ,GGO3^
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: NSAp.m
N~M-|^L
template < typename T > Ea3 4x
struct ref #'kVW{
{ dp>Lh TLc
typedef T & reference; HoKN<w
} ; ZlYb8+rW
template < typename T > 0CUUgwA/
struct ref < T &> n!\&X9%[8
{ Yy8%vDdJO
typedef T & reference; jo=,j/,l
} ; )`]} D[j
JxLD}$I
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ]]bL;vlw
V9kL\Ys
template < typename T > :. a}pgh
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const c-^\YSDMN
{ $+a2CZs!
return l(t) = r(t); LP:C9Ol\
} rgg3{bU/
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 1PJ8O|Zt8
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 pUaGrdGxzQ
]i@VIvYq
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 bi[gyl#
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: O)!MWmr
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Yj^n4G(h
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 zy9# *gGq
最后的布局是: P:yMj&)
Add =<,AzuV
/ \ 7:t
*&$
Divide 5 NPM}w!
/ \ wg[ D*a
_1 3 'WG%O7s.
似乎一切都解决了?不。 QNH5Cq;Y
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。 IU`&h2KZ.
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。 wZm=h8d
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: .q1OT>
fK|F`F2V
template < typename Right >
$z~sN
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const :8bz+3p
Right & rt) const u;Q'xuo3
{ ?B2 T'}~
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \P_1@sH=
} J!o[/`4ib
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 .)>DFGb>H
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。 &