一. 什么是Lambda 0;,4.hsh
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 H"8fnN=xB
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, Wb:jZ
T&6W>VQ|[>
PYDf|S7
'ojI_%9<
class filler KD9Y
{ TY[{)aH{S
public : &KC^Vn3Nj
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 6 <JiHVP7
} ; *i#m5f}
1<RB} M
V3O<l}ak
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: D&q-L[tA@
iJ
HOLz"!
H~1&hF"d
-g'[1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); pj. }VF!d
Bd$i%.r
1A;>@4iC0
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ;C=C`$Q
tZR%s
5/<?Y&x
vzVXRX
二. 战前分析
zj.;O#hW
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。 >]?!c5=
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 c`w YQUg(
8KKI.i8`
F+r3~T%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); zCxr]md
/* --------------------------------------------- */ {S4^;Va1
vector < int *> vp( 10 ); Iuk!A?XV
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); '&{`^l/MH
/* --------------------------------------------- */ |T: 'G
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); e1ru#'z
/* --------------------------------------------- */ >gqM|-uY
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); MM8r*T4g/
/* --------------------------------------------- */ }Z5#{Sd
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ,B]kX/W
/* --------------------------------------------- */ DDh$n?2fd
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 1PLxc)LsG
Z'EXq.hk
d6ZJh xJ
iXpLcHi
看了之后,我们可以思考一些问题: \Ub=Wm\
1._1, _2是什么? 4%do.D*
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Y@'ug N|[C
2._1 = 1是在做什么? l
:\DC
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。
lIHSy
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 71i".1l{K
4$D:<8B
m{itMZ@
三. 动工 0#f;/c0i
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: D^1H(y2zp
b=<xzvy
V_*TY6
.\1{>A
template < typename T > Q$_S/d%*
class assignment G%N3h'zDi
{ VHhW_ya1g{
T value; _:|/4.]`_
public : \Q[u ?/TF
assignment( const T & v) : value(v) {} n DLr17
template < typename T2 > zx
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } {J-kcD!bz`
} ; }lzUl mRTe
6X{RcX]/
.s7Cr0^k,|
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 sG{hUsPa
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 0mj^Tms
yeQ6\yi
/8 /2#`3R
ptXCM[Z+
class holder 1RC(T{\x
{ u'"VbW3u n
public : >W%tEc
template < typename T > lqPzDdC^>
assignment < T > operator = ( const T & t) const gKK*`
L~
{ )sg@HFhY'
return assignment < T > (t); NbyVBl0=
} cY1d6P0
} ; *3_@#Uu7
{L 7O{:J
qF!oP
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: iYE:o{
9(`d
h
static holder _1; i^LLKx7M&
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 kI5`[\
Y{~[N y E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); fv?vO2nj
而不用手动写一个函数对象。 ^Y"c1f2
!9+xKr99
'5j$wr zt
D,Ft*(|T
四. 问题分析 5x";}Vp>P
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。 0. _)X
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。 ^F@z+q
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 /DPD,bA
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 +[$d9
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Zi$v- b*<
$@y<.?k>UP
五. 问题1:一致性 RGrra<
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| Z/nTI0N{
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 uH'n.d"WG
6J3:[7k=&
struct holder U#3Y3EdF<
{ gp
Aqz Y
// ~3YN;St-
template < typename T > MH;5gC@
`
T & operator ()( const T & r) const FOz7W
{
BfmSM9
return (T & )r; RtZK2
} 7VWq8FH`
} ; 5c*kgj:x
8Io--Ew3
这样的话assignment也必须相应改动: WVPnyVDc
XI+m
template < typename Left, typename Right > WJ)( *1
class assignment cfn\De%.
{ rv/O^aL`Y
Left l; 8 /3`rEW
Right r; 58FjzW
public : |q&&"SpA
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 59eq"08
template < typename T2 > P{qi>FJqe
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } tz0_S7h
} ; EC*rd
r=8(n<;Co
同时,holder的operator=也需要改动: V[&4Km9C
JWHKa=-H
template < typename T > b65V*Vbj
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const NE Br)~
{ ROZOX$XM
return assignment < holder, T > ( * this , t); iQry X(z
} hrsMAh!
l#!p?l
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。 5$C4Ui{<E'
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 +S!gS|8P
>_9w4g_<
return l(rhs) = r; [d+f#\ut
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 L`v7|! X
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: *aKT&5Ch-
g]B!
29M
template < typename Tp > m:EO}ws=
class constant_t *`]LbS
{ lCmTm
const Tp t; SyHS 9>
public : ^{L/) Xy5
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} :xdl I`S
template < typename T > o[C,fh,$
const Tp & operator ()( const T & r) const }Yd7<"kp
{ \4;}S&` k
return t; O5^!\j.WR
} y#%*aV}|B
} ; Y*!J +A#
j<+QGd%
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 q/I':a[1
下面就可以修改holder的operator=了 :by EXe;3
#=~n>qn]
template < typename T > @=@7Uu-
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const a`]Dmw8@
{ U&DD+4+28:
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); fB~BVYi
} +6cOL48"
";:"p6?
同时也要修改assignment的operator() r`? bYoz
U/v }4b
template < typename T2 > N_AAh D
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } SJ/($3GkBd
现在代码看起来就很一致了。 I$Z8]&m
_T,X z_
六. 问题2:链式操作 2D,EWk/4
现在让我们来看看如何处理链式操作。 fTn
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。 {(o$? =
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 U-uBz4Gha
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 xWNB/{F
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct \>}G|yL
}bwH(OOS
template < typename T > Bismd21F6=
struct result_1 h_O6Z2J1
{
{*EA5;
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; #
tN#_<W
} ; [ArPoJt
eUa2"=M
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: Yv="oG!xL
1+P&O4>
template < typename T > +Usy
struct ref nJEm&"AI
{ JA .J~3
typedef T & reference; H}TzNs
} ; a>1_|QB.
template < typename T > 0FL PZaRP
struct ref < T &> zq(R !a6
{ Q&p'\6~
typedef T & reference; rlQ4+~
} ; ^pAgo B
i+`N0!8lY
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: AOvn<Q
8Ja't8
template < typename T > 37j-FLbW
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const
4d\1W?i-
{ :%&~/@B
return l(t) = r(t); u ##.t
} [QC|Kd^#
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 %XIPPEHU
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 )ad-p.Hus
ryk(Am<
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 s\7]"3:wD
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: <{
Z$!]i1
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 \YV`M3O
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Vn4y^_H
最后的布局是: =!@5!
Add gO{XD.s
/ \ >P@JiR<@\n
Divide 5 (]wd8M
/ \ .?C-J
_1 3 Us5P?}
似乎一切都解决了?不。 eiiI Wr_7
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。 ]yvHb)X
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。
2aROY2
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: 4T]n64Yid
^ Tr )gik
template < typename Right > p3sR>ToJ
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const h[%t7qo=
Right & rt) const .{pc5eUf
{ :$=r^LSH
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^#^\@jLm
} 6k|^Cs6~z
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ]z^*1^u^ig
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 _{d0Nm
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 r`t|}m
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 x*p>l !
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 x)+3SdH
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? GIo7-
6kvm
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 6*!R'
p5 !B
template < class Action > B~[}E]WEK
class picker : public Action dZSv=UY)
{ 3,Dc}$t
public : Stw%OP@?
picker( const Action & act) : Action(act) {} a{oG[e
// all the operator overloaded 38I .1p9
} ; ,};UD
W
Pz=x$aY
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 Xup"gYTZQ
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: "r:i
y;M}I8W[
template < typename Right > X4- _l$j
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const XOk0_[
{ YlF<S49loC
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Oa8lrP`(
} e:&+m `OSH
~M>EB6
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > FCk4[qOp7
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。 9|;"+jlt
v2vPfb
template < typename T > struct picker_maker &}YJ"o[I
{ "s:eH"_s
typedef picker < constant_t < T > > result; e@Cv')]B
} ; 0`{3|g
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Rh=,]Y
{ Z9TUaMhF
typedef picker < T > result; .Mn+Bd4f
} ; eM3-S=R?<g
I04GQql
下面总的结构就有了: 4| 6<nk_
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。 1c$<z~
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 1;e"3x"
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 .<0s?Q
至此链式操作完美实现。 __F?iRrCM
`cz%(Ry,
e 58
七. 问题3 uQ} 0hs
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 P|:*OM
p
~+JEl%
template < typename T1, typename T2 > XAn{xNpz
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ?Aewp$Bj
{ }qqE2;{ND
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Awip qDAu
} ?u*gKI
U',.'"m
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: MS_@
Xe
5BztOYn,
template < typename T1, typename T2 > 0n'~wz"wB
struct result_2 5tSR2gG#K,
{ 7tEK&+H`
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; }I1A4=d
} ; H
3e(-
\`nRgYSE
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? Qh3V[br
这个差事就留给了holder自己。 $& 0hpg
c@+ ;4Iz
zF%'~S0{
template < int Order > -{ae
class holder; aMUy^>
template <> w2
L'j9
class holder < 1 > dG}.T_l
{ $>72 g.B
public : POnI&y]
template < typename T > SkmL X@:(
struct result_1 N33{vx
{ L\:f#b~W
typedef T & result; SGZ]_
} ; H1FD|Q3
template < typename T1, typename T2 > r35'U#VMk?
struct result_2 4 yk!T
{ 17itC9U
typedef T1 & result; @,Re<%\
} ; r_5k$u(
template < typename T > yNVmTb9mF
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const &_DRrp0CN
{ gypE~@
return (T & )r; TAkM-iyH]
} ^/)!)=?
template < typename T1, typename T2 > 2u(v hJ
F5
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const !7m
) QNV
{ I T.'`!T
return (T1 & )r1; E(0(q#n
} OG M9e!
} ; kpe7\nd=>
m((A
template <> EB/.M+~a
class holder < 2 > ?=UIx24W
{ Kb<^Wdy4T
public : ~#doJ:^H3
template < typename T > -y@5% _-
struct result_1 #^\qFj
{ Ws+Zmpk%
typedef T & result; SS4'yaQ
} ; v}$s,j3NO
template < typename T1, typename T2 > nDdF(|Qt
struct result_2 1j_x51p
{ rm-6Az V
typedef T2 & result; ^G(/;c*=
} ; Gk.;<d
template < typename T > #WOb&h
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const :6,qp?/
{ A?
=(q
return (T & )r; mXX9Aa>
} 6l{=[\.Xa
template < typename T1, typename T2 > ]^='aQ
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const *kI1NchF
{ *ybwlLg
return (T2 & )r2; OMr &f8
} 80/6-_g(
} ; ?pT\Ft V
Ji>
m &U
$V
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 o9tvf|+z
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: U 0$?:C+?
首先 assignment::operator(int, int)被调用: K?y!zy
wbC'SOM
return l(i, j) = r(i, j); %cWy0:F5VY
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) qJ;T$W=NG
w
Wx,}=
return ( int & )i; P5:X7[
return ( int & )j; _` %z
最后执行i = j; hb6UyN
可见,参数被正确的选择了。 rKP;T"?;
WHV]H
\Z +O9T%
"hwG"3n1
2iUdTy$
八. 中期总结 ;'\{T#5)
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: *mqoyOa
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 >3S^9{d
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 QU&b5!;&
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor _;A?w8z
YWfw%p?n"
7VP[U,
]"Do%<