一. 什么是Lambda JL#LCU
?
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ;Ngk"5
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, pJe!~eyHm
S+.>{0!S"
#J/RI[a
Ig!0A}f
class filler EMe1!)
{ t=}]4&Yp
public : rZ(#t{]=!
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} hx@@[sKF7
} ; "__)RHH:8
u8JH~b
_y6iR&&x
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: u=L Dfn
Kh=\YN\E<
{06-h %qr
L
/ PAC
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); P-T@'}lW
+`"Tn`O
j<!dpt
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 aTm R~k
ML|?H1m>
tQNc+>7k+u
$2*_7_Qb
二. 战前分析 b4^O=
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 |;|r[aU
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 :Wx7a1.Jz
gzhIOeY
cZYvP
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *%jtcno=Y
/* --------------------------------------------- */ CzreX3i
vector < int *> vp( 10 ); "@VYJ7.1
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); cX1?4e8
/* --------------------------------------------- */ arR<!y7
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); y,rdyt
/* --------------------------------------------- */ Tz6I7S-w
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); |95K
/* --------------------------------------------- */ Tw$tE:
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); R73@!5N%
/* --------------------------------------------- */ RgH 6l2
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); v9@_DlV\
ua=7YG
V!. Y M)B
sbVEA
看了之后,我们可以思考一些问题: I&i6-xp
1._1, _2是什么? PtQ[({d3R
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。 *wx%jbJo
2._1 = 1是在做什么? Sx~mc_ekY
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。 hunlKIg
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。 <%wTI<m,-
H~#$AD+H
U9PI#TX
&O
三. 动工 uAnL`
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: MaPhG<?
@6~m&$R/
UzSDXhzObf
/#{~aCOi)
template < typename T > O251. hXK
class assignment 8MDivr/@
{ on8$Kc
T value; C%<Dq0j
public : ( -q0!]E
assignment( const T & v) : value(v) {} $tW E9_
template < typename T2 > .EWj eVq
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } \rh+\9(
} ; tkptm%I_
'6\w4J(
c^H#[<6p
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 f:P;_/cJc
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment lz>.mXdx
v h)CB8
$_'<kH-eP
o@
^^;30
class holder ->{\7|^
{ )AieO-4*
public : v;z8g^L
template < typename T > u&={hJ&7
assignment < T > operator = ( const T & t) const
>_]Ov:5
{ # ^,8JRA
return assignment < T > (t); /8:e|
]
} +6+1N)L
} ; P^Og(F8;
kda*rl~c
elKp?YN
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: OUN~7]OD%
O['[_1n_u]
static holder _1; oMM@{Jp
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 suaP'0
sT iFh"8d>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); vP'!&}
而不用手动写一个函数对象。 s^)(.e_
4\V/A+<W
OiC|~8
N1y,~Z
四. 问题分析 I
WT|dA >
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。 Ai 8+U)
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。 _a$5"
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 pox;NdX7
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 {9P(U\]e]k
下面我们可以对这几个问题进行分析。 wD6QN
~k@{b&
五. 问题1:一致性 u@Ni *)p`
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?| 1:DA{ejS
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。
c*[aIqj
ESIeZhXVH
struct holder eUu<q/FUMj
{ ~(c<M>Q8
// :SMf
(E 5
template < typename T > .}!.:
|
T & operator ()( const T & r) const 3h o'\Ysu/
{ +Swl$ab
return (T & )r; J1M9),
} 9}K
K]m6u}
} ; h3\(660>$
&'i.W}Ib!
这样的话assignment也必须相应改动: 3WGOftLzt
5Em.sz;:8
template < typename Left, typename Right > gm:Y@6W
class assignment u
XZ ;K.
{ 8 f~M6
Left l; :c}PW"0v
Right r; h6`VU`pPI
public : \Yv44*I`
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} mH<|.7~0
template < typename T2 > Yu[MNX;G
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } *ZRk)
} ; K`|V1L.m
\\oa[nvL~
同时,holder的operator=也需要改动: nhm#_3!6A
fpzEh}:H\
template < typename T > >)>~S_u
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ,&O&h2=
{ 51AA,"2[_
return assignment < holder, T > ( * this , t); //$^~}wt
} w17{2']
"yU<X\ni
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 X2np.9hie
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 /bC@^Y&}
ja{x}n*5
return l(rhs) = r; .v=n-k7
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ZWB3R
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 8_rd1:t5
jW| ,5,43
template < typename Tp > ?^8.Sa{
class constant_t p[!9 objU
{ 4q@[k:'
const Tp t; 9(a*0H
public : Q"LlBp>t|#
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} _$}@hD*R~
template < typename T > E%f!SD
const Tp & operator ()( const T & r) const $S/WAw,/
{ !.q#X^@>L
return t; b!EqYT
} `Y '-2Fv
} ; %3K'[2F
?IO3w{fmH
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 QNcl
下面就可以修改holder的operator=了 s2+_`Ogg
K_X(j$2Xc
template < typename T > jfa<32`0E
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 94rx4"AN8;
{ ^(qR({cX
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); BSEP*#s
} Bq,Pk5b
3[kl` *`
同时也要修改assignment的operator() ZGd7e.u=
#g
Rns
template < typename T2 > G1,u{d-_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } |;C;d"JC2
现在代码看起来就很一致了。 THwq~c'
Pn}oSCo
六. 问题2:链式操作 Qeq=4Nq
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ciPq@kMV
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 FlH=Pqc
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 T(kG"dz
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 p|)j{nc
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct gF~
}
)d=&X|S>
template < typename T > C*Y0GfW=
struct result_1 _oU~S$hO
{ cyI:dvg
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; WD7T&i
} ; g3(?!f
ugW.nf*O
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: <ou=f'
j6rwlwN
template < typename T > ~Z97L
struct ref R"71)ob4
{ vrsOA@ee3H
typedef T & reference; OF(tCK
} ; KZ/2W9r_,
template < typename T > Y;sN UX
struct ref < T &> ':T"nORC
{ ?=Mg"QU
typedef T & reference; M[=sQnnSFW
} ; G^\.xk]
g$Nsu:L
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ;q2e[ y
z-kB!~r
template < typename T > !wjD6NK
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const rf2-owWN
{ 4?7OP
t6
return l(t) = r(t); O~F8lQ
}
1FRpcE
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Y}Nd2
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ?uE@C3 e
ur/:aI
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 @IBU{{
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 1,sD'iNb
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 }RkD7
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 x#tP)5n?s*
最后的布局是: &PEw8: TX
Add ^Pc&`1Ap
/ \ G^w:c]
Divide 5 MSS0Sx<f
/ \ 8.D9OpU
_1 3 J|o )c~
似乎一切都解决了?不。 R<8!lQ4s
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 OQsF$%*
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。 >Co5_sCe
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: ;e^`r;]
WcE/,<^*
template < typename Right > N1z:9=(I
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Bf6\KI<