一. 什么是Lambda 0nD?X+ u
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 <Rn-B).3bs
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, JM/\n4ea:
d6[' [dG
l"`VvW[
@VIY=qh
class filler |1A0YjOD
{ |X XO0
public : zd$?2y8
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} WH39=)D%u
} ; E`qX|n
zx]r.V
q&9]4j
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: [$d]U.
>iK LC
`\"<%CCe
PbS1`8|4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ?Q"<AL>Z
y1}2hT0,
@f|~$$k=
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 <Dgf'GrJ
VCnf`wZB"
^["D>@yIR
)[UYCx'
二. 战前分析 9SA %'
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。 `DSFaBj,
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 Ce}m$k
f9Xa}*
ZRw^<
+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ft@#[Bkx
/* --------------------------------------------- */ $'d,X@}8
vector < int *> vp( 10 ); FwB xag:u
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); `.pd %\
/* --------------------------------------------- */ h\Y~sm?!`
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); o2$A2L9P
/* --------------------------------------------- */ jZmL7
V
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); dG~U3\!
/* --------------------------------------------- */ go6;_
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); `S?_=JIX
/* --------------------------------------------- */ iKaS7lWH
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); =2rdbq6R
1\/vS$bi(
uuh._H}-
KdZ=g ZSH
看了之后,我们可以思考一些问题: ';.y`{/
1._1, _2是什么? yD!GgnW
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。 J%q)6&
2._1 = 1是在做什么? 0%HAa|L,,
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。 f0%'4t
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。 Unt]=S3u
pV:44
%Y#W#G
三. 动工 &ns??:\+T
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: xi,fm
}9z$72;Qdq
`)w=@9B)"
\oGU6h<
template < typename T > 0/z$W.!
class assignment "9*MSsU
{ ,|zwY~lt5
T value; 4 s9^%K\8{
public : ) R5[aO
assignment( const T & v) : value(v) {} !VudZ]Sg
template < typename T2 > s6;ZaU
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } r@'~cF]m
} ; [;D1O;c'W.
CL(D&8v8~
ao(Lv+
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 G$/Qcr6W<
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment A~0yMww:$
.ubZ
_IxYnm`pc
CA$|3m9)NM
class holder 7fT_]H8
{ g~=-
,j|
public : "1DlusmCCB
template < typename T > Wn2J]BH
assignment < T > operator = ( const T & t) const dg0WH_#
{ {irl}EeyC
return assignment < T > (t); \vL{f;2J
} cvtn,Ml6
} ; ]yFO~4Nu
NVf_#p"h
6s!=de
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ^O"o-3dte
f{(D+7e}
static holder _1; ue!4By8T
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 C,<FV+r=^
[raj:
7yQ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); rZRTQ
而不用手动写一个函数对象。 /Hq#!2)
2ryg3%+O
^'b\OUty-
mJVru0
四. 问题分析 ]<_v;Q<t
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 `Q>qmf_Fi
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 5F 8'f)
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 U[ogtfv`m
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 S09Xe_q
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ?,eq86-M
@<
0c
五. 问题1:一致性 'f7s*VKG
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| ^|cax|>
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ^/$U(4
=u5( zaBe
struct holder TSRl@QVy
{ r!p:73L8
// *Oh]I|?
template < typename T > pE G!j ~
T & operator ()( const T & r) const FeZGPxc~
{ gI+dyoh
return (T & )r; <7MxI@\
} 94[8~_{fG
} ; O F?o
i6:O9Km
这样的话assignment也必须相应改动: ev5m(wR
d!4:nvKx
template < typename Left, typename Right > ^^[A\'
class assignment LH q~`
{ VzuU0
Left l; TJ0;xn6o
Right r; .JWN\\
public : $69d9g8-(!
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} wQOIUvd
template < typename T2 > mfgUf
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } R9~c: A4G
} ; z3|5E#m
AZbFj-^4
同时,holder的operator=也需要改动: poS=8mN8;
F@-8J?Hl:
template < typename T > <*HsJwr)u
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const W!b'nRkq
{ yOm#c>X
return assignment < holder, T > ( * this , t); ,y[w`Q\
} )1Z
@}o 9
XWUi_{zn
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 <e$%m(]
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ce1U}">11
3\a VZx!
return l(rhs) = r; _#6*C%a x
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。 /wJocx]vQ
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: mS
&^xWPV
cbv%1DT3
template < typename Tp > E-HK=D&W/
class constant_t 3q0S}<h al
{ X->` ~-aj
const Tp t; %ERR^
public : gq&jNj7V
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Jr,**,wA
template < typename T > mZL0<vU@^
const Tp & operator ()( const T & r) const #}C6}};
{ W-4R;!42
return t; fOz.kK[]
} 7y=1\KW(
} ; G,,f' >
$NwPGy?%
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 WTu1t]
下面就可以修改holder的operator=了 x{,W<oXg
r.v.y[u
template < typename T > T)Pr%kF
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Xrzpn&Y=#
{ 5_4=(?<
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); v)LSH;<
} <ua! ]~
dIk9C|-.
同时也要修改assignment的operator() Gn 1
$!\Z_:
template < typename T2 > 9K=K,6
b
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Ft?Yc 5
现在代码看起来就很一致了。 TZa LB}4
]|B_3*A
六. 问题2:链式操作 cs)R8vuB)z
现在让我们来看看如何处理链式操作。 {R7m qzt
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。 I\('b9"*
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。 gyOAvx
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。 +D M,+{}
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct f:ep~5] G
-;GB Xq
template < typename T > <|VV8r93
struct result_1 kf_*=ER
{ %Wt F\p
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; r-&* `Jh
} ; %m "9 =C
BJnysQ
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: BXUd
i&'O
0D}k ^W
template < typename T > L^L.;1
struct ref 68nPz".X
{ /!W',9ua6
typedef T & reference; {/!Yavx
} ; ._`?ZJ
template < typename T > g7Z3GUCGL
struct ref < T &> 10m`LG
{ QMwV6cA
typedef T & reference; .wkW<F7
} ; \|$GB U
K#]FUUnj=
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: k<%y+v
aTE;Gy,W
template < typename T > b`|,rfq^AZ
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const $K_-I8e|
{ 3q`Uq`t4mR
return l(t) = r(t); ? 1Uq ud
} )D
':bWP
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 *NQsD C.J^
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 &H?VlxIx
5>rjL;
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 r&nEM6
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: qino:_g
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 N0UZ%,h\
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 "qw.{{:tf
最后的布局是: [k7 ;^A5/
Add (2r808^2
/ \ nLnzl
Divide 5 `+GiSj8'G
/ \ y(jd$GM|
_1 3 sKDL=c;?j
似乎一切都解决了?不。 VBe&of+
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。 {EVHkQ+o
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。 =v~$&@
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: I.)9:7
k]yv#Pa
template < typename Right > 2yndna-
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const hr/|Fn+kA
Right & rt) const [P%'p-Hg_
{ gBo~NLrf
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); #\MkbZc d
} yeN(_t2.
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 D?r% Y
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。 42 0cbD3a
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。 j4Y] 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。 Ms=11C
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。 CpC6vA.R
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? LH>h]OTQF
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: ;e\K8*o
@D@'S:3
template < class Action > *+<H4.W
H
class picker : public Action +fG~m:E
{ )iCg,?SSw=
public : qgsw8O&
picker( const Action & act) : Action(act) {} gOm%?sg
// all the operator overloaded WvWZzlw
} ; <W88;d33r=
gBE1aw;
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。 R!7a;J}
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: Bt"*a=t;
6>-Gi
template < typename Right > mbZg2TTy
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const u
%&4[zb
{ lK #~lC
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); B-aJn8>/
} t[x[X4
ceNJXK
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > kl9<l*
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。 _tVrLb7`s
g<N3 L [
template < typename T > struct picker_maker
<