一. 什么是Lambda l|jb}9(J
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 .\rJ|HpZ1J
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, ]ykMh
=w,cdU*
$ca>bX]
(_ TKDx_
class filler y+aL5$x6
{ }L|cg2y
public : 7g%.:H=
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ^U;r>[T9h
} ; f53WDI6
35}]U=
ZHN}:W/p
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: ,6Ua+\|
?S2!'L
yN/Uyhq
$`'%1;y@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); +)<H,?/
.}*_NU
_mG>^QI.
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 1)N~0)dO
p=jIDM'
$T2n^yz
-.
J@
二. 战前分析 w+Oo-AGNH
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 {8im{]8_
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 J_@`:l0,z
;p8,=w
Y'9<fSn5&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); (i)Ed9~F"
/* --------------------------------------------- */ ;n2b$MB?nM
vector < int *> vp( 10 ); WoSJp5By$
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); p+.{"%
/* --------------------------------------------- */ 6>e YG<y{
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); \!J9|
/* --------------------------------------------- */ F#>^S9Gml
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 6v(;dolBIw
/* --------------------------------------------- */ =JDa[_lpN
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); sqjv3=}
/* --------------------------------------------- */ ,0fYB*jk
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); :/6gGU>pu
dt1,!sHn
o4d[LV4DS
yS";
q
看了之后,我们可以思考一些问题: xA#'%|"
1._1, _2是什么?
gU%R9
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。 nep-?7x
2._1 = 1是在做什么? R) 'AI[la
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。 #Py\'
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。 Ynx.$$`$=
iTpK:pX
5Vu@gRk_
三. 动工 a"pejW`m
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ffibS0aM
`7o(CcF6H
yq,%ey8
)u}My Fl.
template < typename T >
1}DUe.a
class assignment >G<.^~o
{ j87IxB?o
T value; 1v"r8=Wt
public : M\w%c5
assignment( const T & v) : value(v) {} R3!3TJ
template < typename T2 > maINp"#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } P%^\<#Ya7
} ; $ 8WJ$73
f^D4aEU
EVE<LF?
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。
}29Cm$p
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment *s}j:fJ
r<XlIi
lV)SOs$
i#1~<U
class holder TkjPa};R
{ L|pJ\~
public : o ImW
template < typename T > fNZ:l=L3):
assignment < T > operator = ( const T & t) const .!`v2_
{ eF%IX
return assignment < T > (t); v:w $l{7
} =^D{ZZw{
} ; oEuo@\U05v
n?z^"vv$i
AfOq?V
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: u*C"d1v=
C~([aH@-I
static holder _1; VjhwafYC
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *d/,Y-tl
ja|XFs~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); "RG #e+
而不用手动写一个函数对象。 K-f\nr
q1O}dSPwX
Xy'qgK?
\y*,N^w u
四. 问题分析 e) x;3r"j
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。 jpW(w($XL
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ZPolE_P7
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 JJn+H&[B
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 9'S~zG%{
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Uk0]A
d;c<" +
五. 问题1:一致性 kn 1+lF@
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| A_\ZY0Xt
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 sJ(q.FRM'
4 fxD$%9
struct holder ?=lnYD j
{ g0~3;y
// }^/;8cfLY
template < typename T > `9yR,Xk=l
T & operator ()( const T & r) const 5NECb4FG
{ .1 =8c\%
return (T & )r;
UW/{q`)
} S.kFs{;1x
} ; dPfDPb
_-.~>C
这样的话assignment也必须相应改动: raPUx _$PH
9&t!U+
template < typename Left, typename Right > w}jH,Ew
class assignment H%\\-Z$#
{ I$7TnMug
Left l; 6qgII~F'
Right r; D;l)&"|r?
public : LN?b6s75U
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 0Q_@2
template < typename T2 > al3[Ph5G
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } wc
!
v /A
} ;
LbeMP
0- 'f1 1S
同时,holder的operator=也需要改动: /`Wd+
Hx]{'?
template < typename T > .+"SDtoX
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const T'TxC)
{ s`$px2Gw
return assignment < holder, T > ( * this , t); -}?ud3f<
} tt7l%olw
4gNF;
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。 .C2.j[>
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 \I4*|6kA
;_ ^"}
return l(rhs) = r; Y=6b oT
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。 K)`\u7Bu
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Jc#()4
%Jr6pmc
template < typename Tp > #VwA?$4g`
class constant_t q;kN+NK64
{ e!5nz_J1}
const Tp t; FrNW@
public : 4IIXzMOa
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} zDk^^'
template < typename T > v$`AN4)}
const Tp & operator ()( const T & r) const `[+nz
rLkO
{ y/}>)o4Q
return t; 3t4_{']:/
} t7%!~s=,M
} ; 7 vS]O$w<4
?=]*r>a3
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Q(}TN,N
下面就可以修改holder的operator=了 uT}Jw
|
ZI ~#V
template < typename T > p5KM(N6f
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const `aS9o]t
{ g]g2`ab |
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); (zFUC]
} ;NrkX?Y
_faI*OY8
同时也要修改assignment的operator()
V^t5
Y+7
s1!_zf_
template < typename T2 > .bm#|X)RO
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } l_!.yV{
现在代码看起来就很一致了。 KJwkkCE/=
I]`>m3SJ
六. 问题2:链式操作 2wWL]`(E
现在让我们来看看如何处理链式操作。 z:aT5D
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 COw]1R
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 .~4>5W"u
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 `O5kI#m)L*
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct m4@y58n=
d8b'Gjwtw
template < typename T > fNi&1J-/
struct result_1 Hy<4q^3$G
{ ><X!~by
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 6t5)rlT
} ; dm Lgt)-t
6/9h=-w&
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: Musz+<]
]u_^~
template < typename T > yT42u|xZA
struct ref W
9Z.X!h
{ vO1P%)
typedef T & reference; E5lC'@D cz
} ; #;RP ?s
template < typename T > vpY|S2w)Bp
struct ref < T &> :\*hAV1i
{ -#b-@sD
typedef T & reference; -;z&">
} ; T[=XGAJ
_9Kdcoh
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: #[*e$C
oy'Q#!
template < typename T > $}S5&
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const R0fZ9_d7}
{ fV3!x,H
return l(t) = r(t); H{x}gBQ
} 0>-l {4srs
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。 $7aR f'
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 0+O)~>v
J-fU,*Bk
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 c7IgndVAV
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: '?Q [.{<
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 &_&])V)<\S
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 `X]-blHo
最后的布局是: Jug1Va<^c
Add ~Gc+naE>
/ \ cW),Y|8
Divide 5
UJoWTx
/ \ c?d+>5"VX
_1 3 3vOI=ar=L~
似乎一切都解决了?不。 qTiUha9
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 C%v@u$N
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。 -(>x@];r0
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<
amGQ!$]
%#
template < typename Right > VVJhQ bP
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const C9Fc(Y?_
Right & rt) const "Q+'lA[}
{ 3l>P>[<o
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); IqEY.2KN
} neQ2+W%oj
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 -nO('(t
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 KbH#g>.oB
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 [kFX>G4
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 <l5{!g
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 &P!^k0NJR
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? p&_a kQj
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: quf,ZK5
2Z,;#t
template < class Action > `R8~H7{I6
class picker : public Action <V"'j
{ .F)b9d[?
public : ~m
uVQ
picker( const Action & act) : Action(act) {} )TM ![^d
// all the operator overloaded N{P (ym2yR
} ; 1_/\{quE
AUoi$DF(@
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。 QE!cf@~n"
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: |82V`CV
8pDJz_F!{
template < typename Right > .'"+CKD.N
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const >Z|4/PF
{ G`mC=*Ma;
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); D2>EG~xWq
} %dL|i2+*8
'y}A3RqN
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > _J
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。 >K-O2dry*
% 9BC%w]y
template < typename T > struct picker_maker \I,<G7!0
{ u|8`=
typedef picker < constant_t < T > > result; pa+^5N
} ; h+.^8fPR
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > x`%;Q@G
{ tq@<8?
typedef picker < T > result; LiQs;$V
} ; wGISb\rr
Z#>k:v
下面总的结构就有了: AGCqJ8`|T
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 ?ArQ{9c
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 |=38t8Ge&
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 H7#RL1qM&
至此链式操作完美实现。 v1 oS f
YQ37P?u@
Rl3KE)<
七. 问题3 j@kBCzX
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 e@0wF59
q97Dn[>3
template < typename T1, typename T2 > +#Ov9b
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const )_.@M '?
{ _V:D7\Gs
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); S~/iHXm
} Ylt[Ks<2
%F&j B
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: B7}-g"p$/
,{8~TVO
template < typename T1, typename T2 > LUo3y'
struct result_2 .Ji
r<"*<
{ P$]Vb'Fz
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; oi"Bf7{
} ; z0g]nYN%
5/P?@`/eT
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? $!obpZ~ }
这个差事就留给了holder自己。 {,s:vPoiA
'Q(A5zfN]Y
fhfdNmtR)I
template < int Order > fU)hn
class holder; 1P2%n[y
template <> Q
`E{Oo,
class holder < 1 > %Si3t2W/
{ #0xvxg%{
public : %$]u6GKabi
template < typename T > fRrHWE+
struct result_1 XJ@ /r,2
{ fEQ<L!'
typedef T & result; !0Q(x
} ; k92X)/ll'
template < typename T1, typename T2 > C(,s_Ks
struct result_2 3<JZt.|
{ "_#%W
oo
typedef T1 & result; z=ppNP0
} ; Nb]qY>K
template < typename T > *~ &W?i
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 'a"<uk3DT
{ ZQ20IY|,
return (T & )r; Tm3$|+}$f
} y[r T5ed
template < typename T1, typename T2 > 31b-r[B{%
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const jjl4A}*0
{ O=mGL
return (T1 & )r1; UBC[5E$
} B[$KnQM9Y
} ; o~iL aN\+
})!n1kt
template <> g_n=vO('X
class holder < 2 > OvK_CN{
{ C|!E'8Rw
public : >Q+EqT
template < typename T >
|qbJ]v!
struct result_1 k+i}U9c"
{ (V=lK6WQm
typedef T & result; O
_1}LS!
} ; /#,<>EfT
template < typename T1, typename T2 > 8d$~wh
struct result_2 *$l8H[
{ r2sog{R
typedef T2 & result; dOiy[4s
} ; ut\9@>*J=Q
template < typename T > `kj7I{'l%9
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Yhlk#>I
{ &F.lo9JJ
return (T & )r; >eUAHmXQ|
} xc*ys-Nv
template < typename T1, typename T2 > i:[B#|%
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const d1E~H]X4
{ cL1cBWd
return (T2 & )r2; 7<