一. 什么是Lambda l80bHp=
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 lDW!Fg
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, Ue(r}*
vd}*_d
GS\%mPZ
|9>*$Fe"
class filler ajn-KG!A
{ }A{_L6qx
public : of9q"h
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} "7Eo>g
} ; R?
O-x9
8HMo.*Ti9
GR,J0LT
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: Aoj6k\YX
' _B_&is
K7IyCcdB
Kb}MF9?:e
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); C"w,('~@kW
GDF{Lf)/v
NB EpM
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 $ye^uu;Z
xXF2"+
W_^>MLq
ajW[eyX
二. 战前分析 jFtg.SD
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。 $#5klA
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 RCzV5g
$[,l-[-+
D7)(D4S4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); B4Q79gEh=
/* --------------------------------------------- */ KiQ(XNx
vector < int *> vp( 10 ); #wr2imG6
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 8QV t,
'I
/* --------------------------------------------- */ < CDA"
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); z^r|3;
/* --------------------------------------------- */ |K%}}g[<e;
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); (@ "=F6P
/* --------------------------------------------- */ v"rl5x
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); vF"c
/* --------------------------------------------- */ 5^yG2&>#
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); K<FKu $=
)o{VmXe@@
yVaU t_Zi
hp*<x4%*a"
看了之后,我们可以思考一些问题: rJu[N(2k
1._1, _2是什么? "Nbos.a]5
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。 Z|
We9%
2._1 = 1是在做什么? !Cw!+fZ\l
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。 *vYn_wE
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。 @%c81rv?
j")FaIM
[OzzL\)3l
三. 动工 9qpU@V!
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: !#?8BwnaZ
O}QFq14<+
Rp0|zP,5
+P|2m"UA
template < typename T > ~ FGe~
class assignment D}w<84qX
{ n12UBvc}%
T value; a5a1'IVq
public : !i^]UN
assignment( const T & v) : value(v) {} }qAVN
template < typename T2 > L1wZU, o
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } P.cO6+jGR
} ; H'EY)s Hi
ZRnL_z~
pYt/378w
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 QQFf5^
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment SG:bM7*1'
$Z ]z
>B_n/v3P(M
(= 9wo
class holder hT'=VN
{ aVwH
public : G+VD8]!K1
template < typename T > ]*3:DU
assignment < T > operator = ( const T & t) const K#!X><B'
{ DR@1z9 a
return assignment < T > (t); JS!*2*Wr
} 1* ^'\W.
} ; 0z7L+2#b^
{^J!<k,R\;
]dG\j^e|
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: T1W:>~T5#
b#/i.!:a
static holder _1; U]1(&MgV
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 \0ov[T N.>
!,Nwts>m
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); R"3
M[^
而不用手动写一个函数对象。 'tm$q/&
{oUAP1V^
JO=1ivZl
*tc{vtuu~^
四. 问题分析 >&WhQhZ3kg
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。 ,."b3wR[w
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。 ZY cd.? :6
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 C#;@y|Rw
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 PK4`5uT
下面我们可以对这几个问题进行分析。 'eyJS`
xx }GOY.J
五. 问题1:一致性 G 4qy*.
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?| fxgU~'
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 \G>ZkgU
iY~rne"l
struct holder ,PECYwegkt
{ lZWK2
// =X-Tcj?3g
template < typename T > %WGuy@tL
T & operator ()( const T & r) const MR$>!Nlp
{ O>c$sL0g
return (T & )r; $*\L4<(
} c2 *`2qK#
} ; j1q[c,
]6&$|2H?Ni
这样的话assignment也必须相应改动: mI7~c;~
DG[%Nhle
template < typename Left, typename Right > #? ?%B
class assignment PB9/m-\H
{
oY=1C}
Left l; 3A,rHYS
Right r; he$XLTmr:
public : \NK-L."[
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} }$kQs!#
template < typename T2 > hat>kXm2K
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } = 96P7#%
} ; !MVj=(
Bs8[+Ft5
同时,holder的operator=也需要改动: y3eHF^K+$
>MG(qi
template < typename T > A6{b?aQ
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const B= X,7
{ #yW\5)
return assignment < holder, T > ( * this , t); VK:8 Nk_y
} --fFpM3EvS
1J}8sG2`
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。 bMKL1+y(
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 + G;LX'B
>&S0#>wmyG
return l(rhs) = r; `t(D!
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。 +fNvNbtA
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 'dJ/RJ~
X!tf#tl
template < typename Tp > wRtZ`o
class constant_t / i_ @
{ ,v9f~qh
const Tp t; 7N=-Y>$X
public : &dR=?bz-A
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} iv&v8;B
template < typename T > q,%:h`t\
const Tp & operator ()( const T & r) const ? _g1*@pA
{ hhI)' $
return t; A],ooiq<
} }uY!(4Rw
} ; 4!#a3=_
p$E8Bn%[
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 o[1ylzk}+
下面就可以修改holder的operator=了 8K"+,s(%R
OGO~f;7
template < typename T > RA O`i>@
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 7KjUW\mN2Z
{ :5fAPK2r<
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); %|"g/2sF[G
} k\`S
lb1
NbRn*nb/T
同时也要修改assignment的operator() *G5c |Y
)ChqATKg
template < typename T2 > kA wNly
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } i38[hQR9a
现在代码看起来就很一致了。 &M/>tEZ)
I+(/TP
六. 问题2:链式操作 Vz=auM1xZ
现在让我们来看看如何处理链式操作。 eH%RNtP`
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 TX [%(ft
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 qMYe{{r
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ^|MjJsn
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Q{g;J`Z)p
@>Mxwpl?
template < typename T > je/!{(
struct result_1 O,@~L$a:YZ
{ ``U^COD
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; q'Wr[A40j
} ; >rsqH+oL
tw=oH9c80
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: lfZ04M{2
,XkGe
template < typename T > 5ETip'<KT6
struct ref ~|ss*`CT
{ "=/ f$Xf
typedef T & reference; ^wb:C[r!V
} ; p[AO'
xx
template < typename T > eLD|A=X?
struct ref < T &> l^MzN
{ LwcIGhy
typedef T & reference; GB7/x*u
} ; Q]/Uq~m C
cD|Htt"
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 3r+.N
nC1zzFFJ
template < typename T > Y?J"wdWJNB
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const "es?=
{ .
#lsic8]
return l(t) = r(t); :Y,BdU
} \daZk /@
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 U?a6D:~G
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 y
!$alE
M$4[)6Y
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 }Z-Z|G)#
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: pCh2SQ(Q>
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 :#k &\f-Y
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ]i<[d,
最后的布局是: #|GSQJ$F)`
Add nrm+z"7
/ \ q#w8wH"
Divide 5 39wa|:I
/ \ sZ,Y60s8a
_1 3 L"jY+{oLIJ
似乎一切都解决了?不。 7{@l%jx][
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。 ($w@Z/;
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。 ~Nf})U
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: SP* fv`
v3d&*I
template < typename Right > Y6i _!z[V[
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const G;NF5`*4mc
Right & rt) const dovZ#D@Q
{ ]?O2:X
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); sg'pO*_&
} /S5|wNu
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 (+uj1z^
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。 P 3MhU;
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。 "tjLc6Xl^
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。 Wq*b~Lw
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。 D:^$4}h
f
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? K~=UUB
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: sJwyj D$b
/sM~Uq?
template < class Action > yz8mP3"c:o
class picker : public Action fXI:Y8T
{ DejA4XdW
public : 0Wa}<]:^
picker( const Action & act) : Action(act) {} G,Z^g|6
// all the operator overloaded !q"W{P
} ; toN^0F?Qm
H~ZV*[A`
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。 X\EVTd)@
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: 2(5ebe[
qTZFPfyU
template < typename Right > n
-(
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Hbv6_H
{ `.s({/|[
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); z'T)=ycT
} -*5Rnx|Y{
.EM`.
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 8-<:i
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。 "-@[R
4_Dp+^JF
template < typename T > struct picker_maker ()&~@1U
{ wtje(z5IL
typedef picker < constant_t < T > > result; CLvX!O(~
} ; l
Va &"
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > r.7$&BCng
{ rZ8`sIWQt
typedef picker < T > result; *m?/O}R
} ; bfo["
PkI:*\R
下面总的结构就有了: 87hq{tTs]
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 &0f5:M{P
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 %v20~xW:o
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 df7wN#kO+
至此链式操作完美实现。 N F)~W#
:y7c k/>
LL:_L<
七. 问题3 %*BlWk!Q
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 4apL4E"r
vpmj||\-
template < typename T1, typename T2 > .\>v0Du
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const MEB it
{ RX/hz|
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); vWAL^?HUP
} d!eYqM7-G
x.S3Zi}=
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: M4as
f^W;A"+
template < typename T1, typename T2 > *z@>!8?
struct result_2 j?'GZ d"B
{ \rv<$d@L
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; t!RiU ZAo
} ; 5\z`-)
>2~=)L
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? wI(M^8F_Mf
这个差事就留给了holder自己。 Xh56T^,2
;!yQ
Gz.|]:1
template < int Order > 6j
~#[
class holder; 21"1NJzP
template <> GSH>7!.#
class holder < 1 > SL5Ai/X0N
{ !qG7V:6
public : $|8!BOx8t
template < typename T > Jv^h\~*jH
struct result_1 .V,@k7U,V
{ 9T<x&
typedef T & result; EFz&N\2
} ; P&f7@MOV.P
template < typename T1, typename T2 > J{Q|mD=
struct result_2 ~@}Bi@*
{ 5{g?,/(
typedef T1 & result; %7|9sQ:
} ; `nu''B
H
template < typename T > @;"|@!l|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const E>K!Vrh-L
{ z<Nfm
return (T & )r; 7
qS""f7
} 3W
N@J6?
template < typename T1, typename T2 > AIZ]jq
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const .[_L=_.
{ Hj}K{20
return (T1 & )r1; 5 sX+~Q
} vam;4vyu
} ; 5 aCgjA11
?`?)QE8
template <>
094o'k
class holder < 2 > *WuID2cOI
{ %KLpig
public : 2WdyxjQ
template < typename T > 7<*yS310
struct result_1 +~p88;
{ -qGa]a
typedef T & result; o2F)%T DY
} ; +L;e^#>d
template < typename T1, typename T2 > *}*FX+px)
struct result_2 Fe4(4
{ p>huRp^w
typedef T2 & result; h'{ C[d
} ; x<ZJb
template < typename T > Te[n,\Nb
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const XuFYYx~ ^3
{ )P
sY($ &
return (T & )r; Bx<
<~[Ws}
} *_d7E
template < typename T1, typename T2 > 8A})V8
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const @J/K-.r
{ koug[5T5
return (T2 & )r2; ) AvN\sC
} glDu2a,Q
} ; 3ca (i/c
{ttysQ-
[DI+~F
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> >。 ?82xdpg
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: >G25m'&,7
首先 assignment::operator(int, int)被调用: =%TWX[w
9dx/hFA
return l(i, j) = r(i, j); )
b (B
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) <eWf<
ZbdZrE$
return ( int & )i; X4~y7
return ( int & )j; b0Ps5G\ u
最后执行i = j; #cI{Fe0h
可见,参数被正确的选择了。 3EPv"f^V
]>5/PD,wWy
sYI-5D]
H&