一. 什么是Lambda H
-K%F_#
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 aKFY&zN?
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, G@3Jw[t
JLbmh1'
YfstE3BV
a)8;P7
class filler P8X59^cJ
{ ei82pLM
z
public : ]&?8l:3-G
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} I&%KOe0
} ; Eb7GiRT#
ATWa/"l(H-
`qV*R
2
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: )zydD=,bu
K,o&gY
KTE X]
V6bjVd9|Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); #=T^XHjQ
#0f6X,3
c
'rn8Jo}
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 z[qi~&7:v
<2e[; $
eUKl(
3>6rO4,
二. 战前分析 FOAXm4"
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。 4$y P_3
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 Yy{(XBJ~%t
b(Yxsy{U
S"/-)_{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Os/?iGlD*E
/* --------------------------------------------- */ 'A,)PZL9i
vector < int *> vp( 10 ); R:`)*=rL%
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); +xuj ]J
/* --------------------------------------------- */ A!v:W6yiz
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); e0M'\'J
/* --------------------------------------------- */ @Hl+]arUh
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); G+t=+T2m
/* --------------------------------------------- */
T|2v1Vj
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); XE8%t=V!c$
/* --------------------------------------------- */ y7Nd3\v [\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); P7epBWqDP
L1kAAR
mgTzwE_\
MnP+L'|
看了之后,我们可以思考一些问题: B2Kh~Xd
1._1, _2是什么? %R<xe.X
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。 A`* l+M^z
2._1 = 1是在做什么? bZ#5\L2
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。 6MpV,2:>
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。 q8}he~a
NcX`*18
+q%b'!&Q
三. 动工 .;)V;!
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: l(HxZlHr
TU*Y?D
L
j XYr&F
3a'#Z4Z-
template < typename T > <rFh93
class assignment =z4J[8bb
{ ZA \;9M=
T value; xKkXr-yb`f
public : 8H,k0~D
assignment( const T & v) : value(v) {} 7b7WQ 7u
template < typename T2 > # S(b2LEc
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 7u:QT2=&
} ; ,F n-SrB:
?aguAqG$
;?y~ h$
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 x->+wJm@s
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment }tQ^ch; Q
_:%i6c*"
d(K}v\3!
Z^J7r&\V
class holder \zeu vD
{ >2ha6A[
public : 2|&SG3e+(I
template < typename T > ZcN#jnb0/
assignment < T > operator = ( const T & t) const 2$'bOo
{ {$V2L4
return assignment < T > (t); JL[!8NyU
} [{:
l?
} ; *;F:6p4_
Lf`<4 P
vSY
YetL
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: 1--Ka& H
_}cD_$D
static holder _1; gfKv$~
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 NieNfurG%
i7e_~K
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ltKMvGEF
而不用手动写一个函数对象。 6`X}Z'4.Ox
i v.G
:x3xeVtY
i0Rj;E=:]
四. 问题分析 UjMWSPEBy
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。 ZSr!L@S
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。 ?g:sAR'
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 W\<HUd
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 bq9/d4
下面我们可以对这几个问题进行分析。 -e>Z!0
D^}2ilk!
五. 问题1:一致性 <`?%Cz AO
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?| ;0`IFtz
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 /!N=@z)
=&<d4'(Qk
struct holder dkeMiLm
{ Ko)f:=Qo
// 7EVB|gTp
template < typename T > bn7g!2
T & operator ()( const T & r) const 6
$`l
{ .@ZrmO
o]]
return (T & )r; 5vLA)Al3
} HA[7)T N1E
} ; < FY%QB)h
[,{Nu EI
这样的话assignment也必须相应改动: nTD4^'
57q?:M=^
template < typename Left, typename Right > Rd<K.7&A}
class assignment >s )L(DHa"
{ 5hh6;)
Left l;
LnM$@
Right r; lBa` nG
public : xZY7X&C4
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} $R+rB;=a!
template < typename T2 > <AK9HPxP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } .Hk.'>YR
} ; i5|)|x3
4aW[`
同时,holder的operator=也需要改动: $/ $Hi U`.
6J">@+
template < typename T > F%.UpV,
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ~=I:go
{ y0p\Gu;3j
return assignment < holder, T > ( * this , t); a!f71k
r
} %xKZ"#Z#K
.gM6m8l9wp
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。 4P"XT
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 itg"dGDk
C XNYWx
return l(rhs) = r; -wf>N:
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。 Z{/GT7 /
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 8n:N#4Dh^
0JKTwLhC
template < typename Tp > i52JY&N
class constant_t GDb Vy)&
{ 6G}4KGQc
const Tp t; 73nM9
public : .&`apQD}
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} QjD=JC+
template < typename T > 1f'msy/
const Tp & operator ()( const T & r) const 6 !N2B[9
{ A8o)^T(vJ
return t; gGN6Yqj0
} LDYa{w-t
} ; s%8,'3&
8'NT_NPNb
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。
FsQoQ#*
下面就可以修改holder的operator=了 nrX+ '
i r'C(zD=
template < typename T > \(&&ed:
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 27}7
n
{ Z~}9^ (qc
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 9M;Y$Z
} M?o_J4
/8Z&Y`G
同时也要修改assignment的operator() eKo=g|D
;lSsy
template < typename T2 > H/.UDz
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } k8l7.e*
现在代码看起来就很一致了。 -F 9xPw
h0HK~S#xBv
六. 问题2:链式操作 ~|N,{GaL
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Rg+#(y
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 5:#|Op N
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 9MQjSNYzo
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 {+[Ex2b$
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct j(}pUV B
WF_QhKW|k
template < typename T >
Mz+vT0
struct result_1 )vpYVr-
{ wQ~]VVRN
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ggm'9|
} ; /0$405
8TK*VOf`
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: gv D*^
/k(wb4Hv
template < typename T > ?RW1%+[
struct ref DrbjklcUU
{ $o9@ ?2
typedef T & reference; W BA7G
} ; kbJ4CF}H
template < typename T > Le{.B@2-"
struct ref < T &> .:GOKyr(~
{ dV16'
typedef T & reference; yy[ Y=
} ; YU!s;h
cSNeWJKA6
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: SXN]${
@1<VvW=
template < typename T > 0\s&;@xKk
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ^,)nuUy
{ da_0{;wR
return l(t) = r(t); CS5[E-%}T=
} -WR<tkK
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。 2;J\Z=7
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ,V^$Meh
^".6~{
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 A zp!;+
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ;*ULrX4[
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 {"2CI^!/U.
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 )[r=(6?n
最后的布局是: lV$#>2Hh5
Add ckv8QAm
/ \ [tElt4uG
Divide 5 ^]~!:Ej0
/ \ x8~*+ j
_1 3 k g Rys
似乎一切都解决了?不。 i[ws%GfEv
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。 j)Kd'Va
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。 [1ClZ~f
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: m{~L Fhhd1
X#K;(.},h
template < typename Right > 45$aq~%as
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const q)KOI`A
Right & rt) const l4(FM}0X5}
{ &-X51O C
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8V9OMOt!
} =dQ/^C_hj
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 4\g[&
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 !^v~hD$_q
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。 z|Yt|W
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。 Df:/r%
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。 i1A<0W|
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? v-^tj}jA
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: |.&GmP
t5u#[*
template < class Action > wu &lG!#
class picker : public Action bNiJ"k<pN
{ r4fg!]J;
public : )0"T?Ivp]
picker( const Action & act) : Action(act) {} =6i+K.}e
// all the operator overloaded o^//|]H3Y
} ; F-
u"zox
-T-yt2h(
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。 H*P+>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: Zk>m!F>,p
a/3'!} &e
template < typename Right > t~nW&]E
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const inZ0iU9dy
{ moh,a B#
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Kv<mDA!
} z"QXPIXPk
yLK %lP
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > &0 "*.:J9
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。 &^uaoB0
G ;ZN>8NB
template < typename T > struct picker_maker [McqwU/Q
{ a"T+CA
typedef picker < constant_t < T > > result; &-JIXVd*R
} ; ^N
4Y*NtV7
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > g)D@4RM
{ [z+YXs!N
typedef picker < T > result; ^tWSu?9
} ; wL^x9O|`p9
; C(5lD&\5
下面总的结构就有了: i[{*(Y$L
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 >;%QW
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 lA;^c)
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 >K1e=SY
至此链式操作完美实现。 VGu(HB8n#
.;.Zbhm
p=Leoc1
七. 问题3 4xg1[Z%:
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 Bss*-K]
* LWihal
template < typename T1, typename T2 > p>:.js5.a
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ?i\V^3S n$
{ ;C
,
g6{
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ggYi 7Wzsd
} F MYcZ+4
=MD)F
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: Yl?s^]SFU
aG4 ^xOD
template < typename T1, typename T2 > zb02\xvf
struct result_2 &jQqlQ j
{ a|[f%T<<
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 3u^wK
} ; qe(C>qjMbG
XFl&(I4tB
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? :?m"kh
~
这个差事就留给了holder自己。 @T>^
>
@,6*yyO
"{H{-`Ni
template < int Order > 4gdXO
class holder; nA.U'=`
template <> 4e;
le&
class holder < 1 > _%B,^0;C
{ r<