一. 什么是Lambda cvvba 60
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Cuq=>J
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, aJ1<X8
p M:lg
^SKuX?f\
HW(cA}$
class filler Q<V?rPAcx
{ *w538Vb
public : V'4sOn
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Q}M%
\v
} ; r0)X]l7
\j]i"LpWb
}?=$?3W
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决:
.* xaI+:
wh@;$s"B
Ul@yXtj
+AyrKs?h
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 257pO9]
gzthM8A
?HBNd&gZ1G
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 0;j)rmt
~P85Or
s1xl*lKX%
V!F#
e k:
二. 战前分析 <m#ov G6
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。 "$*&bC#dE
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 B#_<?
Vs)Pg\B?
#?Z>o16,u
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); rn7eY
/* --------------------------------------------- */ {]/}3t
vector < int *> vp( 10 ); R(sPU>`MX
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ?6F\cl0.
/* --------------------------------------------- */ 7Rf${Wv0
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); W4Ey]y"
/* --------------------------------------------- */ wtCz%!OYB
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); P"LbWZ6Nj
/* --------------------------------------------- */ 6;g"`l51
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); %(IkUD
/* --------------------------------------------- */ 9"3 7va
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); K"O+`2$
I65W^b4y
gUs.D_*
0?KY9
看了之后,我们可以思考一些问题: T\VKNEBo
1._1, _2是什么? xG JX~)
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。 GRK+/1C
2._1 = 1是在做什么? #MbkU])
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。 RG9YA&1ce
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。 ykv,>nSXLL
k[0Gz
|^^'GZ%a
三. 动工 6\7bE$K
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 9gFema{U
&>zzR$#1
K]{Y >w
yF-EHNNf
template < typename T > WleE$ ,
class assignment Nv@SpV'
{ ]3xb Q1
T value; )_eEM1
public : a7+w)]r
assignment( const T & v) : value(v) {} G=R`O1-3
template < typename T2 > ~ [k0ay
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 88]V6Rm9[*
} ; nm)H\i
8X,dVX5LT
!e5!8z
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 PT7-_r
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment B8){
}&+b\RE
uOzol~TU)
&eL02:[
class holder $9!2c /
{ +ML4.$lc^
public : }w{6Ua
template < typename T > [&e|:1
assignment < T > operator = ( const T & t) const >?/Pl"{b
{ cI~uI'
return assignment < T > (t); z']TRjDbT
} 3mI(5~4A]?
} ; tI42]:z
-?_#Yttu
>/@wht4- j
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: Ah5`Cnv
-][~_Hd{
static holder _1; SvZ~xTit
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ^O#>LbM"x
M3m!u[6|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); v?Z30?_&h
而不用手动写一个函数对象。 0!<qfT
a
TR;" &'#k
or~2r8
LhN?j5XqM
四. 问题分析 #|<\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。 6V{Sf9V|
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。 77KB-l2
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 a8D7n Ea
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ]S@zhQ
下面我们可以对这几个问题进行分析。 >Q5et1c
?VUU[h8"v5
五. 问题1:一致性 k!?sHUAj
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?| d}@b 3
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 K/xn4N_UX
99<]~,t=5
struct holder `fTH"l1zn
{ " Y%fk/v8
// '%Cc!63t*
template < typename T > S#h-X(4
T & operator ()( const T & r) const ~
_ ogeD
{ 2/Xro rV
return (T & )r; b 6kDkE
} s7(NFX5
} ; \wMqVRPoQ
j<"@Y7
这样的话assignment也必须相应改动: /e/%mo
E}?n^Zf
template < typename Left, typename Right > R;mA2:W)x
class assignment W|X=R?*ZK
{ b|SDg%e
Left l; Q]/ZVcoqo
Right r; C K#^`w
public : <}uhKp>*
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ,7HlYPec
template < typename T2 > onqifQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } N>pTl$\4
} ; 7+!FZo{?
O0Z!*Hy
同时,holder的operator=也需要改动: `O+}$wP
=Msr+P9Ai
template < typename T > 6zbqv 6
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const '80mhrEutG
{ VQ}N&H)`
return assignment < holder, T > ( * this , t);
}?eO.l{
} p{@j M
FIMM\W
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。 +56N}MAs
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 g=#Cc(
q
4{PN9i
E
return l(rhs) = r; O)N$nBnp
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ,xSNTOJ
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: e1<9:h+
=EJ8J;y_f
template < typename Tp > \wjT|z1+Y
class constant_t scc+r
{ 84f(B E
const Tp t; d/"%fpp^0G
public : XE#a#
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} plNoI1st
template < typename T > 8}M-b6RV
const Tp & operator ()( const T & r) const MnLo{G]
{ *x!j:/S`n
return t; 'hGUsi
} |*fi!nvk@
} ; dI(1L~
K#%@4]jO3
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 C.|.0^5
下面就可以修改holder的operator=了 q1^bH6*fl
,kQCCn]
template < typename T > 2y"L&3W
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ]
/"!J6(e
{ *P01 yW0
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Yt!o
Hn
} C1`fJhy
&gLXS1O
同时也要修改assignment的operator() 9kzJ5}
V3S"LJ
template < typename T2 > uQhI)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } `uwSxt
现在代码看起来就很一致了。 9^?2{aP%
SuR+Vv
六. 问题2:链式操作 d53Eu`QW?
现在让我们来看看如何处理链式操作。 w#d7
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 !U7}?i&H
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 mI,a2wqi
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 rff_=(?i
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct :Z[|B(U
h
wi!C}
template < typename T > Gh5 3Pne
struct result_1 1Y:JGon
{ x' v-]C(@
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; r9Vt}]$a G
} ; [-0=ZKH?
RRb>]oD
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: 2RU/oqmR
`t7z
LC^c
template < typename T > K_Pbzj4(P
struct ref :u,Ji9
u
{ h1~/zM/`
typedef T & reference; 7](aPm8
} ; :IX_|8e ^
template < typename T > ^\oMsU5(
struct ref < T &> &s8vmUt
{ D!DL6l`
typedef T & reference; P(bds
} ; 84_Y+_9
\IhHbcF`d
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ;uho.)%N`F
wii.0~p
template < typename T > YJ!jdE}
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Yc:>Yzj(z
{ en"\2+{Cg
return l(t) = r(t); }U^iVq*
} Xf;_r+;
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。 mwMc AUD]2
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ,`ba?O?*G
?>1wZ
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 i'B$Xr
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: l(pP*2
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象
6`@6k2]
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 5FVmk5z]d
最后的布局是: q:1n=iEi
Add pK"iTc#\X
/ \ @x^/X8c(p
Divide 5 ro+8d
/ \ uO( (Mg
_1 3 O!'gylj/
似乎一切都解决了?不。 G|I}x/X"Q7
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。 G b4p"3
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。 J'%W_?wZ
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: z:8ieJ)C
x21XzGLY|}
template < typename Right > GMY[Gd
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const <Zo{D |hW
Right & rt) const n0FzDQt26
{ ><C9PS@
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ;>%wf3e
} gSHN,8.
`
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ,:{+-v(
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。 mLV0J '
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。 (~NR."s;
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。 OD~yIV
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。 dn&484
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? oT!i}TW?o
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: 3fUiYI|&7
~Zw37C9J
template < class Action > !iL6 /
class picker : public Action y[/:?O}g4
{ <OrQbrWQa
public : h%5keiA
picker( const Action & act) : Action(act) {} 5S ) N&%
// all the operator overloaded zCS&