一. 什么是Lambda ~Ry?}5&:
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 n?'I&0>M
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, 1 ~fD:
y}Ji( q~
1h_TG.YL9>
MHNuA,cz
class filler nKpXRuFn\
{ foO/Yc
public : %i[G6+-
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} x{y}pH "H
} ; }Fs;sfH
*9Eep~ 6
lr[U6CJY
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: 2H+!78
_M[@a6?
!0i6:2nw
t&m8 V$Q
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); } o^VEJc`O
KU:RS+,e;
4h% G %>j
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 TKJs'%Q7F6
.yK~FzLs
R|4a9G
/Wos{}Z0
二. 战前分析 5,Rxc=
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 o%Ubn*
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 "QCtF55X&
E<6Fjy
i" 0]L5=P
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ed">$S
/* --------------------------------------------- */ ob= ](
vector < int *> vp( 10 ); FO[x
c;
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); (@wgNA-P
/* --------------------------------------------- */ EyU 5r$G
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); I'W`XN
/* --------------------------------------------- */ MPa F
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); `p qj~s
/* --------------------------------------------- */ ~@Yiwp\"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); (.r9bl
/* --------------------------------------------- */ R-%v??
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); $wnK"k%G
haTmfh_|
#GoZH?MAF
C=k]g
看了之后,我们可以思考一些问题: s0EF{2<F
1._1, _2是什么? <V?csx/eRd
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 @-B)a Z
2._1 = 1是在做什么? al#BfcZW
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 sn>2dRW{
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 R9+0ZoS
K+WbxovXU
lk/T|0])
三. 动工 vMD%.tk
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Ddu1>"p-x
F"|OcKAA}h
0[\sz>@
VPC7Dh%.
template < typename T > 0Wd2Z-I
class assignment VK)vb.:
{ <vb%i0+b.^
T value; Vv|%;5(
public : <I
5F@pe'
assignment( const T & v) : value(v) {} w;
rQ\gj
template < typename T2 > !!KA9mP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 8D]&wBR:
} ; ab-z 7g
`#g62wb,HY
~-J!WC==U
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 >_3P6-L>
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment FGRdA^`
H^TU?vz}
<
%2q0lFdcM
5u5-:#sLy
class holder '}$]V>/
{ r(qwzUI
public : $l
W
7me
template < typename T > iNO}</7?
assignment < T > operator = ( const T & t) const v.Vdjs
{ .
.5s2
return assignment < T > (t); s*;rt
} (=\))t8J
} ; ;L`NF"
`T#Jiq E
7M.TLV!f]
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: A
)q=.C#e
)(/Bw&$
static holder _1; Ia@!Nr2
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 @A.7`*i_
G~ONHXL
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); GEs5@EH
而不用手动写一个函数对象。 k00&+C
E[=#Rw!*
YqQAogyh
O)FkpZc@9c
四. 问题分析 7;8DKY q
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。 F!RzF7h1
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。 hJc^NU5
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 (ah^</
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 {SRv=g
下面我们可以对这几个问题进行分析。 SuJa?VU1w
fD* ?JzVY
五. 问题1:一致性 7*MjQzg-P
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?| O$*\JL
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 yDORL|
E'
eWk
W,a
struct holder 6Zx'$F.iqK
{ kJ_XG;8
// 'Szk!,_
template < typename T > FgnS+c3W(
T & operator ()( const T & r) const F2^qf
{ AMSn^75
return (T & )r; Io*mFa?
} }C'h<%[P
} ; 0l'"idra
ugy:^U
这样的话assignment也必须相应改动: qDK\MQ!
cx_$`H
template < typename Left, typename Right >
=7vbcAJ\
class assignment D,,$
{ !h.bD/?K
Left l; CBu$8]9=
Right r; ba"_!D1
public : e_h`x+\:
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} E]&tgZO
template < typename T2 > #I-qL/Lm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } [+3~wpU(p
} ; krSOS WJ
dXMO{*MF{H
同时,holder的operator=也需要改动: +01bjM6F_1
knABlU
template < typename T > %7SGQE#W_~
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const s $?u'}G3
{ )J(@e4;Rv
return assignment < holder, T > ( * this , t); Y![//tg
} $.Qu55=z<
~E3"s
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。 A4IPd
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 WW3! ,ln_
o%3VE8-
return l(rhs) = r; {SJnPr3R
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。 rhH !-`m
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: M1,1J-h
Aw,#oG {N
template < typename Tp > o#frNT}
class constant_t omZ
bn
{ Uv|^k8(
const Tp t; $1.l|
public : pcO{%]?p
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} HI!bq%TZ4
template < typename T > dx)v`.%V
const Tp & operator ()( const T & r) const p}MH LM
{ :}+m[g
return t; `XK+Y
} J?[}h&otQ
} ; wrEYbb
2`cVi"U
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 W't.e0L<6
下面就可以修改holder的operator=了 &aWY{ ?_
IfF&QBi
template < typename T > &Tn7
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 40Z/;,wp{
{ - *_"ZgE
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); U\`yLsKvH`
} q,fk@GI'2
tg%C>O
同时也要修改assignment的operator() nTH!_S>b(Y
tRzo}_+N
template < typename T2 > Yvxp(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } -) \!@n0
现在代码看起来就很一致了。
|7wiwdD"
a^MR"i>@G
六. 问题2:链式操作 V1>>]]PS
现在让我们来看看如何处理链式操作。 (IIOVv
1J
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 =:pN82.G
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 .,( ,<
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 J>S`}p
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct s[tFaB 1
("rIz8b
template < typename T > ~8^)[n+)x
struct result_1 P(XNtQ= K
{ -"X}
)N2
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Rss=ihlM
} ; ^J7g)j3
VkDFR
[k_
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: Tx0l^(n
*N?y <U
template < typename T > ; J40t14u
struct ref V[BlT|t
{ )`gE-udR
typedef T & reference; #^;^_
} ; 8-
]7>2?_
template < typename T > WA 79(B
struct ref < T &> G)wIxm$?0
{ _=oNQ
typedef T & reference; gKay3}w
} ; `@r#o&
zV=(e( [
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: h|
+(
K#],4OG
template < typename T > G9uWn%5r
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const KqT~MPl
{ n\D3EP<s
return l(t) = r(t); D:Y`{ {
} fl18x;^I
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。 iWNTI
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 j[o5fr)L
q;a#?Du o
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 DUK.-|a7
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ;q&\>u:
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 UZUG?UUM
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ds9`AiCW>
最后的布局是: 3`aJ"qQE
Add ,*$/2nB^
/ \ Bt^];DjH
Divide 5 `[J(au$z
/ \ y:zo/#34
_1 3 D7Nz3.j
似乎一切都解决了?不。 fMFlY%@t
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。 yYvv;E
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。 sP NAG
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: >
AV
R3b
jn;b{*Lf
template < typename Right > ]\:FFg_O6t
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const {\HE'C/?
Right & rt) const ,As78^E{
{ tKUy&]T
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); UW[{Y|oE
} t(:6S$6{e
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 e[@
^UY
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 2)^[SpZ
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 6c>tA2G|8
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 !OJSQB,
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 'k9hzk(*
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? ;Q.g[[J/p
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: {@u}-6:wAT
m 5NF)eL
template < class Action > x6x6N&f?
class picker : public Action s!E-+Gw
{ =9;jVaEMJL
public : sE8.,\
picker( const Action & act) : Action(act) {} Pk; 9\0k7
// all the operator overloaded m&Mvb[
} ; =c8U:\0
r_Rjjo
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 rS
4'@a
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ,b@0Qa"
/m;w~-N
template < typename Right > Vy:ER
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const NB&u^8b
{ NW9k.D%
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 'ga1SbA]
} 1*x4T%RF$
+Hb6j02#
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > G\H@lFh
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。 @$79$:q N
j1>77C3
template < typename T > struct picker_maker ^~5tntb.
{ NoJo-vo*
typedef picker < constant_t < T > > result; -7">A~c
} ; MQ>vHapr
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > '+X9MzU*\
{ gHlahg
typedef picker < T > result; <