一. 什么是Lambda k(hYNmmo
j
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 cr GFU?8
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, 1B}q?8n
[/dGOl+
&gF*p
xPBSJhla
class filler (al.7VA;9
{ c:#<g/-{wM
public : b#ga
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} bVfFhfh*
} ; e^v5ai
b-*3]gB
6P,vGmR
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: ]U[y3
Pjz_KO/
WFWQ;U{|
^gw htnI
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Y~I$goT
GMk\
l
_#[~?g`
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 SCwAAE9s]
pe^hOzVv
(EW<Ggi
)m8ve)l
二. 战前分析 [3$L}m
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。 05sWN 0
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<~WDI|AN
y{&k`H
sk'<K5~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `As|MYv
/* --------------------------------------------- */ D$X9xtT
vector < int *> vp( 10 ); :LE0_ .
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 0cYd6u@
/* --------------------------------------------- */ s*'L^>iZ
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); W&M=%
/* --------------------------------------------- */ 3k YVk
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); N$'/J-^
/* --------------------------------------------- */ 0*e)_l!
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); q%H`/~AYM
/* --------------------------------------------- */ kg,t[Jl
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); S8=Am7D]1
$ghAC
m(2(Caz{
c}XuzgSY
看了之后,我们可以思考一些问题: Lj]I7ICNh
1._1, _2是什么? .&z/p3 1
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 4)]w"z0Pc
2._1 = 1是在做什么? T >pz/7gb
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ( I<]@7>
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 3k%fY
woSO4e/
)gX7qQ
三. 动工 z@70{*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 0^%\! Xxq
bxxazsj^
';H"Ye:D=7
"zN2+X"&
template < typename T > :ik$@5wp
class assignment L#
{ P<.
TiF?@
T value; T/[8w
public : `/|S.a#g
assignment( const T & v) : value(v) {} eA4dDKX+
template < typename T2 > V)pn)no'V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } i|`b2msvd
} ; Sf_q;Ws
24Y8n
"hE/f~\
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 !@6P>HzY$
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment XsH(8-n0
JpI(Vcd
*
':LBc=%
*.'9 eC0s
class holder }"$2F0
{ A~2U9f+\
public : t>f61<27eB
template < typename T > FWi c/7
assignment < T > operator = ( const T & t) const 96NZrT
{ q5Bj0r[/o
return assignment < T > (t); a'NxsByG]s
} \IL;}D{
} ; fPW|)e"
~ RdD6V
'7'*+sgi$
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: Mx-? &
fG *1A\t]
static holder _1; P4\{be>e
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 "PFczoRZ
>M}\_c=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); | c:E)S\
而不用手动写一个函数对象。 R04%;p:k#
k!&G; 6O-
FJ/>=2^B
Z$UPLg3=;_
四. 问题分析 bCV3h3<
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。 \+?>KpE,b
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。 ZsgJ6
Y
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ( M > C
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 S1Z~-i*w
下面我们可以对这几个问题进行分析。 %i!=.7o.
.Lwp`{F/
五. 问题1:一致性 . J/x@
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?| |JUb 1|gi
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 :Dh\
j{U#g8
struct holder miWPLnw=L
{ :,<G6"i
// sIM^e
template < typename T > &Zxo\[lP
T & operator ()( const T & r) const |b
BA0.yS
{ 4qd =]i
return (T & )r; -\6";_Y
} |UudP?E
} ; $0kuR!U.N
qdM=}lbc
这样的话assignment也必须相应改动: 5s5GBJ?
5l(8{,NDt
template < typename Left, typename Right > X0QY:?
class assignment "8.to=Lx
{ _f"HUKGN
Left l; /~8<;N>,+
Right r; aEO`` W
public : QNN*/n
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 3?}\Hw
template < typename T2 > ?g~w6|U(r
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } UQ7E7yY#
} ; FnZMW, P
=XRTeIZ
同时,holder的operator=也需要改动: &Zzd6[G+
+vDEDOS1
template < typename T > N7wKaezE
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const dy}O6
{ Qb N7sg~~
return assignment < holder, T > ( * this , t); zL^`r)H
} x|7vN E=Q
{?!0<0
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 /k$H"'`j4
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 'aN`z3T
bu2@~
return l(rhs) = r; UY ^dFbJ
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。 _,"?R]MO
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: )335X wA+
b0PQ;?R#V
template < typename Tp > wt@Qjbqd8
class constant_t %',bCd{QW
{ Q;V*M
const Tp t; Fm{/&U^
public : 71RG1,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Y:x,pPyl
template < typename T > x)]_]_vX
const Tp & operator ()( const T & r) const ytmFe !
{ !1X^lFf;~
return t; z PW [GkD
} 7_=7 ;PQ<
} ; nfldj33*
F2N)|C<
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 sy\w ^]
下面就可以修改holder的operator=了 wU"0@^k]<
k2-:!IE
template < typename T > ~!Ar`=
[
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const o 94]:$=~
{ Vgj&hdbd
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); A>bpP
} un&Z'
.
~xp(k
同时也要修改assignment的operator() SU`RHAo
>u-6,[(5X*
template < typename T2 > K> rZJ[a
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } P3W<a4 ==
现在代码看起来就很一致了。 ^zfO=XN
hx5oTJR
六. 问题2:链式操作 G\;a_]Q
现在让我们来看看如何处理链式操作。 q
n6ws
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 L@&(>
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 %k"qpu
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 z5>
{(iY;,
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct rw|;?a0
=JR6-A1>
template < typename T > pBb fU2p
struct result_1 >RTmfV
{ 2#XYR>[
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Jc3Z1 Tt
} ; hoDE*>i
d3IMQ_k
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 2_i9
q>I
j "^V?e5
template < typename T > yu~o9
struct ref AeZ__X
{ O'WBO"
typedef T & reference; y8!#G-d5
} ; #Bih=A
#
template < typename T > k$NNpv&;d
struct ref < T &> $vR#<a,7>
{ y-1!@|l0:6
typedef T & reference; J^Mq4&
} ; ]zt77'J
jG E=7
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: {\P`-'C
IQm[,Fh
template < typename T > Twi7g3}/jB
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const r](%9Y
{
7<Yf
return l(t) = r(t); L3@upb
}
%77X/%.Y
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 z2
m(<zb
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 l_MF9.z&
Jfe<$-$$7
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 Ed>Dhy6\r
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Nr(t5TP^
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 YWK|AT-4
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 `a+"[%
最后的布局是: ;/79tlwq
Add er%D`VHe
/ \ 2d:5~fEJp
Divide 5 cU[^[;4J<
/ \ X%sMna)
_1 3 wJr5[p*M
似乎一切都解决了?不。 H?a1XEY/
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。 l`wF;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。 RP9jZRDbZ
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: 5Xr<~xr
^DQp9$la
template < typename Right > A#@9|3
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const q\r@x-&g+
Right & rt) const vUNmN2pRJ
{ -"9&YkN
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ..=WG@>$+
} vTk\6o q
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 2x<A7l)6
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。 937 z*mh
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。 Ht,dMt>:
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。 hh1 ?/
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。 |l#<vw
wE
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? \$B%TY
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: yd>b2 M
+!F+mV9
template < class Action > p7{%0
class picker : public Action Pqtk1=U
{ xk/osbKn
public : 3&