一. 什么是Lambda C\C*'l6d
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Zjkrne{
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, @G>Q(a*,
'hH3d"a^=
9..! g:
*Z=:?4u
class filler 4?cIn4}
{ bG[)r
public : N\WEp?%~
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} j`$d W H/2
} ; zXx)xIO
;bxL$1
*we*IhIP
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: YU24wTe;k
C*1,aLSw
$
-n?q w
9 54O=9PQ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); )M(-EDL>Qk
2 K&5Kt/
W_P&;)E
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。
2<' 1m{
BD (
@
wJ|vW_.
bQu1L>c,Uw
二. 战前分析 2n8spLZYGY
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。 ley:=(
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 CHX- 4-84{
982n G-"
:")iS?l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 4!
V--F
/* --------------------------------------------- */ f)/5%W7n}
vector < int *> vp( 10 ); 1'>wrGr
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); zw,=mpf3_
/* --------------------------------------------- */ ^;]Q,*Q
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); vfZ.js/
/* --------------------------------------------- */ DU>#eR0G
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); S;]][h=
/* --------------------------------------------- */ /kKF|Hg`c
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 'qT[,iQ
/* --------------------------------------------- */ 9EqU
2~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ?$&iVN^UA
iO_6>&(
kX)Xo`^Ys
|Q)c{9sD
看了之后,我们可以思考一些问题: l;C00ZBOc
1._1, _2是什么? Xitsbf=Gg
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。 M@b:~mI[sw
2._1 = 1是在做什么? gnPu{-Ec*
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。 _9Zwg+oO[
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。 +vh 4I
o> i`Jq&
bW9a_m yE
三. 动工 ySk'#\d
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: >
R5<D'cEN
:6r)HJ5sg
jRCG}'
AvS<b3EoN
template < typename T > k&h3"
class assignment Y={_o!9
{ =5jng.
T value; lQSKY}h
public : )LP=IT
assignment( const T & v) : value(v) {} $ 3/G)/A
template < typename T2 > Vo2{aK;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 3RyB 0
n
} ; CtO `t5
U94Tp A6
KPcOW#.T
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 A=S_5y
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment @!UuK;
]a}K%D)H
nA#FGfZ{Ge
*$eMM*4
class holder ~jDG&L
{ `X06JTqf:
public : Ur/+nL{
template < typename T > D|`I"N[<
assignment < T > operator = ( const T & t) const :QV-!
{ =83FCq"
return assignment < T > (t); ta\CZp
} ~T_4M
} ; T3W?-,
Jbrjt/OG#I
p*_^JU(<p
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ksB-fOv*N
a2MFZe
static holder _1; )ZcwG(o0
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 9Rg|o CP_
@6N$!Q?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ?pF7g$>q
而不用手动写一个函数对象。 y@ 'm D*z
G2A^+R0\
e{"r3*
mjwh40x.o
四. 问题分析 CE'd`_;HLn
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 >8*J ;(:W
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 A+:X
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 lLb"><8a
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 P'dH*}H
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Q,.[y"m9Y.
Gidh7x
五. 问题1:一致性 !BocF<U E
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| nF8|*}w
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 9mEt**s
Ur
^s_BY+#
struct holder ?%RN? O(
{ VX!UT=;
// E9]/sFA-]
template < typename T > ZT\=:X*e
T & operator ()( const T & r) const {b<;?Du s^
{ Z?7XuELKV
return (T & )r; yJj$ir i
} Vlk]
} ; e95x,|.-_
># {,(8\
这样的话assignment也必须相应改动: 1m52vQSo3l
2,nVo^13}
template < typename Left, typename Right > ;U02VguC
class assignment Q>,EYb>wI
{ L1'#wH
Left l; wstH&^
Right r; )9.i'{{ 0
public : l Wa4X#~.
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} '_nJ DM
template < typename T2 > U',9t
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } |)7dh B
} ; ? ^EB"{
Y~|C]O
同时,holder的operator=也需要改动: Y_H|Fl^
a<W[???m/M
template < typename T > &g{b5x{iD
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Q9UBxpDV:
{ :2qUel\PEC
return assignment < holder, T > ( * this , t); -27uh
} Dd(#
Z`?Z1SBt
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。
)N8[@
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 5iG+O4n%
AS}
FRNIVx
return l(rhs) = r; $[p<}o/6v]
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 vbDSNm#Yv
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 8op,;Z7Y
ugZ-*e7
template < typename Tp > FXHcy:)}G
class constant_t C;u8qVI
{ ,r&:C48dI
const Tp t; 4z_ >CiA
public : x"n!nT%Z
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} aetK<9L$
template < typename T > A@-A_=a,
const Tp & operator ()( const T & r) const YkPc&
{ Ly?%RmHK
return t; (Hr_gkGtM
} -R~!N#y
} ; U_ -9rkUa
@+gr>a1K#
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 hU:M]O0uw
下面就可以修改holder的operator=了 [@l:C\2
j2UiZLuV
template < typename T > (-RZ|VdYg
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const y5td o'Ex
{ Kc6p||<
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 2WP73:'t
} BD)5br].
pwiXA{
同时也要修改assignment的operator() =Me94w>G3X
rRTAWAs%T
template < typename T2 > J?yNZK$WqN
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 0 >
现在代码看起来就很一致了。 \m>mE/N
KRY%B[k
六. 问题2:链式操作 /EN3>25"#
现在让我们来看看如何处理链式操作。 *1}UK9X;
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。 O#}'QZd'
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。 q`l&G%
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。 $R\D[`y|
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ileqI/40f
.,)C^hs@
template < typename T > Dlc=[kf9
struct result_1 z!z+E%H^
{ l>KkK|!T^i
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result;
FmRCTH
} ; 8{m5P8w'
X=:|v<E
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: xKilTh_.6
-,M*j|
template < typename T > M^i^_}~S;
struct ref _I("k:E7
{ 52*9q!
typedef T & reference; H nKO
} ; ` ^rN"\
template < typename T > =~)J:x\F
struct ref < T &> X+'z@xpj
{ \S[7-:Lu^
typedef T & reference; E>/kNl
} ; .L,xqd[zC
N36<EHq
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: S,K'y?6
^-s'Ad3
template < typename T > i.eu$~F
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const U_/sY9gz(
{ 7^{M:kYC!
return l(t) = r(t); $6W o$c%
} o%!8t_1mR
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。 :# 1d;jx
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 DNARe!pK
Lo'P;Sb4<}
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 MwoU>+XB
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: (+@
Lnz\
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 r<Il;?S6
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 we6kV-L.
最后的布局是: n=HId:XT
Add >~;MQDU5*Y
/ \ Kq`C5
Divide 5 y^7ol;t
/ \ {Vc%g a|E
_1 3 C%s+o0b
似乎一切都解决了?不。 uF xrv
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。
:Hk:Goo2
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。 .'zXO
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: >s@*S9cj:
0K\Xxo.=
template < typename Right > TM|M#hMS
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ?tWcx;h:>
Right & rt) const
ohK_~
{ >^cP]gGY
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); %SV5PO@
} \q2#ef@2
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 CNC3">Dk~9
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。 &kR +7
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。 +*dG'U6
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。 MXSN
<
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。 }gk37_}X\I
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? 3Un{Q~6h
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: d$>TC(E=t
<kQ
5sG
template < class Action > rJ
LlDKP-(
class picker : public Action }GIwYh/
{ XcoV27
public : mv7><C
picker( const Action & act) : Action(act) {} ~9&