一. 什么是Lambda KzO"$+M
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 3~tu\TH6d
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[59<cg]
0=3)`v{S@
xmcZN3 ){+
.gDq+~r8O
class filler J??AU0vh
{ \alV #>J5
public : =n"k gn
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} CUI+@|]%
} ; _C?Wk:Y@
;\2Z?Kq
\\<=J[R.M
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: sd\p[MXX
WM
?a1j
?=M?v;8
U[f00m5{HV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); xt5/`C
\6&Ml]1
A,DBq9Z+4R
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ZK^cG'^2|
$!.>)n
:LNE?@
O[ird`/
二. 战前分析 ~SQxFAto
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。 @h{|tP%"
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 7amVnR1f
qXW\/NT"p<
KN|<yF
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1}DA| !~
/* --------------------------------------------- */ [UzD3VPg
vector < int *> vp( 10 ); oM~y8O
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Yao}Xo9}
/* --------------------------------------------- */ 3 2\.-v
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); dyWp'vCQs\
/* --------------------------------------------- */ V[nPTYO4
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); $gBQ5Wd
/* --------------------------------------------- */ 29RP$$gR
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 8~o']B;lJ
/* --------------------------------------------- */ #_ |B6!D!
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); !lgL=Ys(
`3rwqcxA
{'O><4
! dzgi:
看了之后,我们可以思考一些问题: !RmVb}m
1._1, _2是什么? f)/Z7*Z
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。 rY_~(?XS
2._1 = 1是在做什么? `uMEK>b
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。 CjQO5
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。 ^Q s}2%
9b+jT{Tg
<xy@%
三. 动工 e,p"=/!aY
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: sxREk99lL
&R72$H9C8i
N6y9'LGG`
ii)#(b:V
template < typename T > k6Kc{kY
class assignment X(N~tE
{ V,&%[H [
T value; q9/v\~m
public : C Bkoky9&
assignment( const T & v) : value(v) {} 03 @aG
template < typename T2 > ")|/\ w,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } !/is+
xp
} ; $xbC^ k
~R!1{8HP
NfgXOLthM
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 n$/|r
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment (0$~T}lH
p/h\QG1
a('0l2e<u9
Ww]$zd-bo
class holder }T?X6LA$I8
{ <>] DcA
public : YJJ1N/Z1
template < typename T > +MoUh'/u
assignment < T > operator = ( const T & t) const k"N>pjgd$
{ %6m/ve
return assignment < T > (t); Cy~ IB [
} H5K
Fm#
} ; smn"]K
)pWgt5:7~
Qd}n4KF\
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: ;vH2r~
R|st<P
static holder _1; 7~h3B<
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 -c`xeuzK'
clE9I<1v
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `0d0T~
而不用手动写一个函数对象。 BhJ>G%
6$`< Y?
uJ% <+I
:@L7RZ`_
四. 问题分析 7)rQf{q7
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 BIx*t9wA
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。
|Xso}Y{
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 )&c2+Y@
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 |+cz\+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 4)8k?iC*
PQHztS"
五. 问题1:一致性 +:KZEFY?<
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| pzF_g-B
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 {]CZgqE{
PR{ubMn
struct holder &h5Vhzq(<
{ Ia2WBs=
// OM EwGr(
template < typename T > iJ>=!Q
T & operator ()( const T & r) const 6uRE9h|
{ HSruue8
return (T & )r; )~'UJPK
} l6'KIg
} ; zteu{0
(Jq m9
这样的话assignment也必须相应改动: EjPR+m
hb[ThQ
template < typename Left, typename Right > *l7 `C)
class assignment q;K]NP-_p
{ pMU\f
Left l; =ejcP&-V/
Right r; 0:{W
t
public : HNZ$CaJh
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 49FP&NgK
template < typename T2 > m[%356u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } `xM*cJTZ
} ; w,1N ;R&
U&3!=|j
同时,holder的operator=也需要改动: b: (+d"S
AD
template < typename T > -Mo4`bN
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const )Kx.v'
{ x8lBpr
return assignment < holder, T > ( * this , t); 4K cEJlK5
} TQ\#Z~CbK{
p5]W2i.,
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。 $HwF:L)*
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 U&"L9o`2
m{>1#1;$t
return l(rhs) = r; +[}y`
-t
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。 :[a*I6/^
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: _J C*4
0LW3VfvToN
template < typename Tp > .H|Z3d!Jj
class constant_t $mxG-'x%K
{ WvU[9ME^)
const Tp t; m03dL^(
public : :r{-:
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} o?]Q&,tO
template < typename T >
:%sG'_d
const Tp & operator ()( const T & r) const @+;.W>^h
{ j&ti "|2\
return t; $.C\H,H
} B}qG-}(V
} ; jl59;.P
tnpEfi-
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Q'U!
下面就可以修改holder的operator=了 W.
d',4)
4UbqYl3|a
template < typename T > i:Y5aZc/Ds
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ](I||JJa9f
{ T=NLBJ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 5[g&0
} OGEe8Z9Jt
RH,x);J|
同时也要修改assignment的operator() b4:{PD~Mh
)fo0YpE^|
template < typename T2 > lDBAei3iB
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } idHI)6!
现在代码看起来就很一致了。 +Zi+
/9Z(H
uPho|hDp
六. 问题2:链式操作 y?cN
现在让我们来看看如何处理链式操作。 h@JX?LzZS
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。 DhxS@/
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。 %1
RWF6
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。 w\[l4|g`
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct d&G]k!|\
V ~jp
template < typename T > ?(zCv9Pg
struct result_1 X}G$ON
{ ?!m\|'s-
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Z@Q/P(t
} ; 5{W Aw !
1mHS -oI9J
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: l(x0d
J e|
template < typename T > 4cy,'B
struct ref Tei2[siA5
{ Y8%l)g
typedef T & reference; D
HQxu4
} ; ~u!V_su]GY
template < typename T > CN` ~DD{
struct ref < T &> f.j<VKF}
{ &2%|?f|
typedef T & reference; [QMN0#(h
} ; MrUjqv6a[
tz?3R#rM
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: cjhwJ"`H
7MZH'nO
template < typename T > o=!_.lDF:
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const O..{wdZy
{ k(7Q\JKE
return l(t) = r(t); ]iW:YNvXA
} y4@gw.pt
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。
PPy~dp
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 }^Sk.:;n3
n(V{ [
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 9%SC#V'
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: [f {qb\
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 yaG:}=.3
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Nw9:Gi
最后的布局是: ZXo;E
Add kf<c[ su
/ \ F#L1~\7
Divide 5 w2s06`g
/ \ #Vmf
6
_1 3 /9gn)q2f(
似乎一切都解决了?不。 %rhZH^2
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。 n8)&1
q?V
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。 S"?fa)~
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: ?[.8A/:5
u23_*W\
template < typename Right > J2
)h":2
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const =Yl ea,S
Right & rt) const 4X/UyBk
{ i5Sya]FN
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 1anh@T.
} MCEHv}W
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 \\13n4fAv
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。 }ssja,;
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。 XC;Icr)
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。 'nM4t
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。 ^Lc\{,m
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? S2\;\?]^~
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: _#r00Ze
z k}AGw
template < class Action > Wq+GlB*
class picker : public Action K, !
V _
{ zdU46|!u
public : _4)z:?G5
picker( const Action & act) : Action(act) {} VZr:yE
// all the operator overloaded R)*DkL!
} ; 3+uL@LXd
B K=w'1U
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。 6YNL4HE?
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: 3TCRCz
%c\kLSe
template < typename Right > +e2:?d@
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const kD;pj3o&"2
{ S :}"gwFM
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8Vj'&UY
} F{a;=h#@Q
vaP`'
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ]7K2S{/o{
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。 `ROHB@-
h
':ZF
template < typename T > struct picker_maker (oX!D(OI
{ rqmb<#
Z
typedef picker < constant_t < T > > result; 0stc$~~v
} ; qT(6T P
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > "EMW'>&m