一. 什么是Lambda EZ{/]gCK
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 OM{Dq|
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, [-]A^?yBM
_25d%Ne0
pI5_Hg
6WO7+M;z
class filler :])JaS^
{ > [8#hSk
public : ZYDWv/u
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ]< +3Vw
} ; sbA2W~:
D2)i3vFB
_ .!aBy%xf
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: .<dOED{v
/sV?JV[t
@`Wt4<
6W:1>,xS
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); c"qPTjY
w49{-Pp[
k{{hZ/om
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 p_9g|B0D
*(p7NYf1
}+_9"YQ:
{( dP
二. 战前分析 44j,,k
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。 cafsMgrA
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 }U
i_ynZ!
W6M jQ%f
;b|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); '{CWanTPi
/* --------------------------------------------- */ `{<JC{yc?
vector < int *> vp( 10 ); qS|AdkNL
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); L:i+}F;M)s
/* --------------------------------------------- */ gZ*hkKN6
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); N;g$)zCV1
/* --------------------------------------------- */ ]\`w1'*
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); TwUsVM(~
/* --------------------------------------------- */ qy6K,/&3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ^ `je
/* --------------------------------------------- */ ^X^,>Z|
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `yx56
A9iQ{l
_{mJ.1)V;
~hzEKvs
看了之后,我们可以思考一些问题: )\"I*Jwir
1._1, _2是什么? q^%5HeV 2
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ]xYa yN!n
2._1 = 1是在做什么? X+%u(>>
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 T(gg>_'jh
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 %:%MUdl6
4ODX5If
9ClF<5?M
三. 动工 4M7^
[G
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Op90NZI#K
);!dg\U
uD[^K1Ag]^
0H<4+
*`K
template < typename T > Z7oaQ\fR
class assignment }|,EU!nDi
{ 6$DG.p
T value; xh`Du|jvm
public : `T`c@A
assignment( const T & v) : value(v) {} NU(^6
template < typename T2 > Uqr{,-]5v
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Q<C@KBiVE
} ; VT
Vm7l
9GaL0OWo
ff[C'
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 j37:
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment p8_2y~!
VD9J}bgJ
1P \up
l%@dE7<Z
class holder 5/k)\`
{ @T_O6TcY
public : -C=]n<ak
template < typename T > K: 4P;ApI
assignment < T > operator = ( const T & t) const uZ-`fcCjD
{ ?N(u4atC
return assignment < T > (t); \DaLHC~
} {vjqy&?y
} ; _En]@xK3&
EL"4E',
OkkhP
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: !}y8S'Yjw
V.U|OQouT
static holder _1; rrYp'L
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Ty.drM
}\U0[x#q
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); uO6c3|Zjs
而不用手动写一个函数对象。 pL%4= ]m
}0vtc[!
|KTpK(6p
nwhm[AaNs
四. 问题分析 D)h["z|F
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。 8dlInms
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。 aK!xRnY
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 >d'EInSF
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 qq/_yt
下面我们可以对这几个问题进行分析。 jzQ9zy_
xTGP
五. 问题1:一致性 cK/PQsMP
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?| G;Us-IRZ
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 1O|RIv7F[/
n|J.)E.
struct holder |b,zw^!e['
{ Dxz5NW4
// C CLfvex
template < typename T > eK\|SQb
T & operator ()( const T & r) const O~nBz):2
{ 1`nc8qC
return (T & )r; xcsFODx~
} >c&4_?d&,A
} ; H7y&N5.V
/E;;j9
这样的话assignment也必须相应改动: :jl
u
"^18&>^
template < typename Left, typename Right > 5f/@:~
class assignment x_]",2 W'
{ |:dCVd<du
Left l; \YjB+[.
Right r; 3x,Aczb
public : 4S^
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} "9TxK6
template < typename T2 > U.d'a~pH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } UUZ6N ZQI
} ; e =0l<Rj
:v|r= #OI
同时,holder的operator=也需要改动: ](]*]a4ss
nomu$|I
template < typename T > InAU\! ew
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const yp( ?1
{ b/T20F{W\o
return assignment < holder, T > ( * this , t); cw*(L5bu
} V<
2IIH5^
cr2{sGn|
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 )i},@T8[
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 07~pf}
!pG+Ak?
return l(rhs) = r; 0G+L1a-
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 v+|@}9| Z
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: |`N$>9qN
N02zPC
8
template < typename Tp > %ZJ),9+
class constant_t mrhsKmH
{ 2<p5_4"-U*
const Tp t; Wm];p qN
public : d#X&Fi
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} zpBBnlq
template < typename T > !"Z."fm*
const Tp & operator ()( const T & r) const MoC*tImWR
{ & y#y>([~
return t; 9_g>BI;"8
} dqIZ#;:g
} ; 5<'n
t;Fbt("]:
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 MR^umLM88
下面就可以修改holder的operator=了 N]3-L`t
o06A=4I
template < typename T > 'vqj5YTj
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Qi(e`(,'
{ ?,A}E|jZ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); kKFuTem_3
} )Tyky%P+iI
bCJ<=X,g`K
同时也要修改assignment的operator() X}n&`y{/
1]a*Oer}
template < typename T2 > _OyP>|L'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } hfl%r9o
现在代码看起来就很一致了。 5`OK-
6E)uu; 8
六. 问题2:链式操作 hY4)W
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ]6?c8/M
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。 n.;5P {V1
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。 =woqHTR
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。 ;]l{D}
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct eG[umv.9b
q?e16M
template < typename T > FJ3:}r6 "
struct result_1 %XDip]+rb
{ #`YxoY `
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ZmYa.4'L
} ; 4iL.4Uj{N
~T;ajvJ
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: P?WT)C2)u
Ba\wq:
template < typename T > h4$OXKme?
struct ref C+Fh$
{ \'}/&PCkr
typedef T & reference; jL>I5f
} ; N9>'/jgZX
template < typename T > Jq$6$A,f
struct ref < T &> ?,+C!R?
{ 0pZ.; /<{
typedef T & reference; s)`1Rf
} ; g4.'T51
{Q#Fen
;y|
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ~L4*b*W
zBrWm_R5T
template < typename T > %~8](]p
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const taD T;t
{ Jnu}{^~
return l(t) = r(t); rSc,\upz
} a?xq*|?
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。 bH)8UQR%
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 5{!a+
J1u@A$4l?
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 dwf #~7h_
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: l9ch
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 MK!]y8+Z
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Ztpm_P6
最后的布局是: c9cphZ(z
Add 5@r_<J<>
/ \ ]C!Y~
Divide 5 J _[e9
/ \ *Wuctu^9
_1 3 m_PrasZ>
似乎一切都解决了?不。 9L)&n.t1
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 (x@i,Ba@
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 QB.*R? A
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ;?HZ,"^I
AT'_0>x8
template < typename Right > 'nj&}A'
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const )W}/k$S
Right & rt) const ]B-$p p
{ .$ P2W0G
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^S;RX*
} J}Z_.:JO(w
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 DbNi;m
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。 A aF5`
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。 kgbr+Yw2X
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。 >1)@n3. <O
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。 '@}?NV0
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? -$]DO5fY
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: +(h6{e%)
I vl^,{4
template < class Action > LPm# 3U
class picker : public Action ]cGz~TN~
{ >Wr
public :
`Hp.%G(
picker( const Action & act) : Action(act) {} E't G5,/m
// all the operator overloaded _.J[w6
} ; 65e
Wu=T
Ppo^qb
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ,ovv
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: Zy+QA>d|
g ]PLW3
template < typename Right > ,h(f\h(9
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const JXy667_
{ /K<GN7vN
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); gkq RO19
} ptc H>wM!
Rp%\`'+Xz
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > C4SD
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 as\K(c9
HV.|Eh_7
template < typename T > struct picker_maker ~bWWu`h
{ Z$m2rZ#
typedef picker < constant_t < T > > result; \qd)l
} ; pi l*/&pB
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > h
C`p<jp/
{ B|
0s4E
typedef picker < T > result; j C1^>D
} ; 4kY{X%9
YT%SCaU
下面总的结构就有了: 5SWX v+
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。 CO)b'V,
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。 ]v,y(yl
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ]!Aze^7;
至此链式操作完美实现。 ~JmxW;|_x)
\g6 #MNW
'JKvy(n>
七. 问题3 u1|Y;*
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。 2T2#HP
WZ
V*J&
template < typename T1, typename T2 > .=w`T
#L
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ]H9HO2wGQ
{ 4.kkxQR7r
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Y;5^w=V
} t T/*ZzMq#
^~1@HcJo
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: c$SxDYG
~x^+OXf!^g
template < typename T1, typename T2 > d?qO`-
~$
struct result_2 $Qc%9p
@i
{ )Jjw}}$}Y
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; pS)X\Xyw
} ; )mZy>45
Z
7ZMu
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? :V1ZeNw
这个差事就留给了holder自己。 l0bT_?LhK
~)CU m[:oM
W:( Usy
template < int Order > :7;Iy u
class holder; p{#7\+}
template <> d_|v=^;
class holder < 1 > ]{,=mOk
{ ~hw4gdtS
public : 4a-F4j'
template < typename T > e5\1k#@
struct result_1 #Q)w$WR
{ M@z/gy^
typedef T & result; |;1:$E"
} ; l:C0:m%
template < typename T1, typename T2 > l|QFNW[i
struct result_2 z+B
{ W p*
v Vv
typedef T1 & result; K<9MK>T
} ; 0`Qs=R`OM
template < typename T > +fR`@HI
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Xwq2;Bq
{ Q-%=ZW Z
return (T & )r; E|}Nj}(*
} j%<@uiu
template < typename T1, typename T2 > 3~09)0"!d
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const lxJ.h&