一. 什么是Lambda z:oi@q
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ^G14Z5.
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, !.{"Ttn;s
[&sabM`Ul
K"cV7U rE
:Q ?p^OC
class filler &2r[4
{ Uc9hv?
public : E&dxM{`
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} V3<#_:;
} ; 8&SWQ
Q})&c.L
h{:
]'/@~
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: tuJ{IF
kTA4!654
DfX~}km
y#FFxSH>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); S5\KI+;PW
f h:wmc'
#xw3a<z ?u
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 K=>j+a5$
pP%9MSCi
<07]w$m/
F_@?'#m
二. 战前分析 vi]cl=S
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。 63QF1*gPH
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 vr4{|5M
CYYo+5x
yCwe:58
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); QBd4ok:R
/* --------------------------------------------- */ jB,VlL
vector < int *> vp( 10 ); _k#!^AJ}x
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); (5e4>p&+
/* --------------------------------------------- */ gF:|j(
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); M7{_"9X{
/* --------------------------------------------- */ 8On MtP
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); p@ U[fv8u
/* --------------------------------------------- */ ]U&<y8Q_6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); q4g)/x%nc
/* --------------------------------------------- */ Y*sw;2Z;a
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); u7
:Sn4Pg
`Q
OVGB7CB]S
.:O($9^Ho
看了之后,我们可以思考一些问题: |CAMdU
1._1, _2是什么? !Y 9V1oVf"
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 7bQST0 ?
2._1 = 1是在做什么? Ymf@r?F<
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 K5F;/KR"
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ^ywDa^;-
uSv]1m_-]
H.[nr:
三. 动工 %<`sDO6Q?
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: >J#/IjCW
P 1
^91Ae!)d
na@Go@q
template < typename T > DGg1TUE
class assignment `6(Zc"/
\m
{ |Mgzb0_IiQ
T value; HX ,\a`
public : ZC`VuCg2O
assignment( const T & v) : value(v) {} iNilk!d6Q3
template < typename T2 > `dhBLAt
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } YMVmpcz
} ; *JAC+<~d
GI>(S
.>S1do+
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 J>"qeR
/
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Mkr
&30il[
aq\Fh7
{^k7}`7,
o#>Mf464I
class holder /x<uv_"
{ WJk3*$=
public : n@6vCdk.
template < typename T > p)VMYu
assignment < T > operator = ( const T & t) const yCuLo`
{ @d:GtAW
return assignment < T > (t); Gl"hn
} (M<l}pl)
} ; gf}*}8D
;@
G ^eQ
egH,7f(yP
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: B>c2 *+Bk
y}?PyPz
static holder _1; [("2=Uz;
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 .m.Ga|;
wc-v]$DW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ai)>ot
而不用手动写一个函数对象。 (EjlnG}5l
Z?'?|vM
CR;E*I${
nw#AKtd@x
四. 问题分析 E!uQ>'iq.
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。 D&i,`j
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。 U.h2 (-p
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 XA;f.u
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 nW<nOKTnk_
下面我们可以对这几个问题进行分析。 bjI3xAs~
hj{)6dBX%
五. 问题1:一致性 bYqv)_8
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?| ;+bF4r@:+
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 KK{_s=t%<
lM#,i\8Q
struct holder QO>';ul5
{ 7]ySj<1
// I8c:U2D
template < typename T > `\'V]9wS
T & operator ()( const T & r) const PjXiYc&
{ OUFy=5(%:
return (T & )r; 5z\,]
} F_I!qcEQ
} ; %Y"pVBc
?uU_N$x
这样的话assignment也必须相应改动: Jfo'iNOu
%dzO*/8cWo
template < typename Left, typename Right > ]{|lGtK %
class assignment D!ASO]
{ # ,97 ]
Left l; R_>.O?U4
Right r; hwA&SS
public : gXU(0(Gq
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} |Y?<58[!)
template < typename T2 > 5<Uh2c
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } y#8 W1%{x
} ; U| ?68B3
'X6Z:dZY
同时,holder的operator=也需要改动: g4YlG"O[~
!aKu9SR^e
template < typename T > |MagK$o
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const f~ /hsp~Hp
{ %*o
return assignment < holder, T > ( * this , t); 1Kr$JIcd
} z30 mk
EUVD)+it
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 sv!v`zh
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ?k($Tc&Q
!YI<A\P
return l(rhs) = r; w%..*+P
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。 JYmYX-
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: '.<c[Mp
Gt
_tL%
template < typename Tp > q'4P/2)va
class constant_t fD3'Ye<R
{ !Q5,Zhgr
const Tp t; hc3tzB
public :
U@CAQ?
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ob'"
^LO\
template < typename T > #XB3Wden2
const Tp & operator ()( const T & r) const *|y$z+g/
{ WRwx[[e6z
return t; !3\$XK]5ZT
} M d8(P23hS
} ; sC.r$K+k5
W7gY$\1<&
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 4:^MSgra
下面就可以修改holder的operator=了 pLCS\AUTsv
4]$OO'
template < typename T > K=E+QvSG
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const gat;Er
{ VH<d[Mj
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); WPAUY<6f
} ;\6@s3
kPiY|EH
同时也要修改assignment的operator() mEu2@3^E }
N~fE&@-
template < typename T2 > ULBEe@s
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } jT< I`K*
现在代码看起来就很一致了。 ?1c7wEk
</@5>hx/
六. 问题2:链式操作 x
DNu'
现在让我们来看看如何处理链式操作。 !#WQ8s!?o
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。 JM?__b7g2
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。 aG#d41O
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。 VzIZT{
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct HY1K(T
J\w4N",
template < typename T > pZlt4
struct result_1 4nP4F+
{ ;|Hpg_~%>
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; );_ /0:
} ; oU @!R
BD;T>M
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: cWZ uph\
"C&>$h_%
template < typename T > 54JZOtC3~
struct ref bvrXz-j
{ - 0q263z
typedef T & reference; _9H]:]1QH
} ; /;/:>c
template < typename T > 9N{?J"ido
struct ref < T &> Y`{62J8oy
{ ,c$tKj5ulQ
typedef T & reference; ujkWVE'
} ; (*=>YE'V{
g6aqsa
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: /W-ges
S[yrGX8lu
template < typename T > l2YClK
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const @mv
G=:k
{ =+Odu
return l(t) = r(t); oNw=O>v
} _&U#*g
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。 9-q> W
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 d$x vEm
cYe2a"
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 u-s*k*VHoc
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ,}@4@ >?K
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 #NGtba
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 7&wxnxSk^
最后的布局是: I{>Z0+
Add o _l_Yi
/ \ ZzTkEz >
Divide 5 zh0T3U0D
/ \ >o{JG(Rn
_1 3 F[%k;aJ
似乎一切都解决了?不。 \P9ms?((A
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-Xz
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。 _?cum~A@
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: )g^qgxnnV
oqysfLJ
template < typename Right > mDZA\P_
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const q m_m8
Right & rt) const )*XWe|H_
{ ?PTXgIC
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); k'N``.
} S ~h*U2
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 nK+ke)'Zv=
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。 4e
eh+T
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。 RXcN<Y&
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。 !G[%; d
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。 \,X)!%6kZ
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? dI%ho<zm]
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: ma@V>*u
#qF1z}L(
template < class Action > c/^jD5U7
class picker : public Action $RRX-
{ }N(gP_?n
public : RPf <-J:t
picker( const Action & act) : Action(act) {} Oso**WUOZ&
// all the operator overloaded Qc?W;Q+
} ; p%sizn
yp^k;G?_d
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。 Iy4%,8C]g
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: O $e"3^Pa
-P|claO0
template < typename Right > W^xO/xu1/
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const [xrsa!$
{ ^xNzppz`]C
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 3h=kn@I
} N\Lu+ x5
PX/{!_mM
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 7=u
Gf$/
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。 +^esL9RG:
SpU|Q1Q/h
template < typename T > struct picker_maker :Z2997@Y
{ @#N7M2/
typedef picker < constant_t < T > > result; 3Og}_
} ; ;n*|AL7(
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ~&RrlF h
{ ?<