一. 什么是Lambda tH&eKM4G
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 K\KQ(N8F
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, b1>]?.
.rG~\Ws
w_o+;B|I
oexTz[
class filler YhNrg?nS
{ 45n.%*,
public : )5n0P
Zi
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} \9@}0}%`
} ; P5h*RV>oS
?mM:oQH+>
X3 1%T"
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: 0C.5Qx
sxA]o|
RhKDQGdd
cuH5f }oc
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ppRA%mhZ
5Pq6X
9od c :
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 N<@K(?'
`q\F C[W
x1Y/^ks@2
@I|kY5' c
二. 战前分析 wh8;:<|
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。 @67GVPcxl
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 Y'jgp Vt
9mp`LT
|=v,^uo
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %]Nm'"Y`U
/* --------------------------------------------- */ (^W
:f{
vector < int *> vp( 10 ); ;hODzfNkS
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); P`O`MwEAf
/* --------------------------------------------- */ ygV_"=+|N
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); pGD-K41O]
/* --------------------------------------------- */ $[b}r#P
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); f+ZOE?"
/* --------------------------------------------- */ +zbCYA
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); :R
+BC2x
/* --------------------------------------------- */ FWU>WHX
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); -(e=S^36
^wc:qll
@=Pc{xp
>r
C*.
看了之后,我们可以思考一些问题: 6W
1._1, _2是什么? =SuJ*
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 /eU\B^k
2._1 = 1是在做什么? KPDJ$,:
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。 V1Ojr~iM
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。 /2E
Q:P
-O,:~a=*_
S&-F(#CF^
三. 动工 #g@4c3um|
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ~3Pp}eO~V
a!4p$pR
1u5^a^O(|
IY6Qd4157
template < typename T > (w2lVL&
class assignment ^tSwA anP\
{ h?;03>6A&]
T value; A@?-"=h}
public : x4>"m(&%
assignment( const T & v) : value(v) {} -6WSYpHV
template < typename T2 > |OAiHSW"V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } BMQ4i&kF|
} ; ~N}Zr$D
4,W,E4 7
x5xMr.vm
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Pzd!"Gl9
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment A' uaR?
/=l!F'
ooB9iNo^
=`>ei
class holder 9@lG{9id?
{ 4`9ROC
public : As5l36
template < typename T > OAFxf,b
assignment < T > operator = ( const T & t) const ltU{P|7!E
{ %Jd!x{a`>A
return assignment < T > (t); E_$nsM8?
} ~ArRD-_t
} ; p ^TCr<=
^~TE$i<
7JuHa /Mv
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: R>~I8k9mM
\(=xc2
static holder _1; v9,cL.0&
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 |;(P+Q4lB
IO7gq+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); hT_Q_1,
而不用手动写一个函数对象。 k^ fW/
*' es(]W
;XyryCo
DzA'MX
四. 问题分析 htrtiJ1
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。 i"Hc( lg
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。 A7XA?>~+|
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 (RrC<5"
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 D+
.vg?8
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Z
eY*5m
Ktt(l-e +
五. 问题1:一致性 )+Z.J]$O-
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| J4j:nd
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 z19%!k
C2zKt/)A
struct holder FYu30
{ wxBZ+UP_
// I*JJvqh
template < typename T > E@)'Z6r1
T & operator ()( const T & r) const vaHtWz!P
{ ;gu4~LQw
return (T & )r; Sfc,F8$&N
} ZQir?1=
} ; )K::WqR%w)
O[L#|_BnEO
这样的话assignment也必须相应改动: HE_UHv
B]b/(Q+
template < typename Left, typename Right > Unq~lt%2
class assignment nFI<Te^)
{ 'qde#[VB
Left l; s S3RK
Right r; W?!rqo2SP
public : Hi$N"16A5z
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} LH @B\ mS
template < typename T2 > iFcSz
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } bUM4^m
} ; 5 A5t
"+`u ]
同时,holder的operator=也需要改动: "Y5 :{Kj
P*%P"g
template < typename T > <tsexsw
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const i|,}y`C#
{ vF~q ".imC
return assignment < holder, T > ( * this , t); Tj!\SbnA[
} 3fX_XH1Q
/[/{m ]
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 <"3${'$k`
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 omPxU2Jw
/CKn XU;
return l(rhs) = r; lt]&o0>
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 r}Gku0Hu_E
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 5&_")k3$*
car|&b
template < typename Tp > p/7'r
class constant_t #4"eQ*.*"
{ *:un+k
const Tp t; umAO&S.+M
public : 1gt 7My
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} <s|.2~
template < typename T > ci:|x =
const Tp & operator ()( const T & r) const p15dbr1
{ 2
w!
0$
return t; *>Bew
} PQYJnx}
} ; WD[jEWMV7D
QuI!`/N)z
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 |f1^&97=+
下面就可以修改holder的operator=了 jA~omX2A
SdMLO6-
template < typename T > >\J<`
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 7i02M~*uS
{ '^7UcgugB
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Qgf|obrEi6
} &m9= q|;m
BXxJra/V
同时也要修改assignment的operator() vo)W
ziHh
(Nd)$Oq[4
template < typename T2 > lg ,%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } %gSmOW2.c^
现在代码看起来就很一致了。 aM#xy6:XG
JX&%5sn(
六. 问题2:链式操作 eAjR(\f>
现在让我们来看看如何处理链式操作。 63$`KG3
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。 lZ2gCZ
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。 55] MRv
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。 u WdKG({][
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct cG@Wo8+
Qz2jV
template < typename T > usoyH0t!?
struct result_1 qx*b\6Rt
{ [0kZyjCq@
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 8ql<7RTM!
} ; 4OO^%`=)M'
1~2+w]-kU
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: P%vouC0W
Zn Rj}y
template < typename T > @7Ln1v
struct ref >Lo'H}[pF
{ .A6pPRy e
typedef T & reference; 9a sA-'fZ
} ; H0t#J
template < typename T > -=UvOzw
struct ref < T &> u% 1JdEWZd
{ Yb[)ETf^
typedef T & reference; ~+Cl9:4T
} ; rTJqw@]#WH
H+gB|
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: T-7(3#&
k{lX K\zN
template < typename T > e8xNZG;
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const jJ2{g> P0P
{ xH,e$t#@@~
return l(t) = r(t); 0lOan
} 4W E)2vkS
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 >lek@euqw
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 I)r6*|mz
+ ~,q"6
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 \FCPD.2s+
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: o~4kJW#
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 JP
;SO
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 TC=>De2;
最后的布局是: /Zx"BSu
Add SymlirL
/ \ _pvt,pW
Divide 5 ]z=dRq
/ \ N6S@e\*
_1 3 pRsIi_~&
似乎一切都解决了?不。 R@>^t4#_Q0
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ^)| tf\4
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 GH3RRzp r
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: Y[rCF=ZVH
b%C7 kL-
template < typename Right > U!BZsVx
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ,LLx&jS
Right & rt) const [{vX*q
3B
{ =W"T=p*j
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 30s A\TZ
} AxO.adQE%
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 2sEG#/Y=
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 }#=t%uZ/
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 fmLDufx
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 }~0}B[Rf
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 Y$|KY/)H)
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?
j~9Y0jz_
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: 7<2^8`
>,)U46
template < class Action > @.G;dL.f{
class picker : public Action {D,-
Whi
{ pk;S"cnk
public : GQjU="+
picker( const Action & act) : Action(act) {} m>!o
Yy_
// all the operator overloaded :r:x|[3.
} ; .~^A!t
lD#
yXLaC\
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。 `J7@G]X;2
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: KO[Ty'
R.GDCGAL
template < typename Right > N];K
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 9Nz}'a;?>
{ 8`I,KkWg
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); (Bpn9}F-V.
} DD>n-8M@>
<p`
F/p-
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Qdc)S>gp
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。 6]HMhv
4T){z^"
template < typename T > struct picker_maker 7kMO);pO
{ NKVLd_f k
typedef picker < constant_t < T > > result; K&-uW _0
} ; j~9![s!
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > V9>$M=
{ #??[;xjs!
typedef picker < T > result; T7Ju7_q}
} ; ,WoV)L'?
"b)EH/s
下面总的结构就有了: Kz]\o"K
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 8ddBQfCY
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 qR%as0;
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 H5jk#^FD
至此链式操作完美实现。 LW!4KA]
yhnPS4DC
4:s,e<Tc4v
七. 问题3 &C?4'e
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 br?pfs$U
f&Juq8s_0
template < typename T1, typename T2 > 8@FgvWC
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const M%$-c3x
{ DW)81*~g
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); UzV78^:,iD
} '@^mesMG
QUz4 Kt
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: cF"}}c1*M
<:StZ{o;
template < typename T1, typename T2 > 4#B56f8
struct result_2 }/L#<n`Z
{ *A0d0M]cg
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; R|*Eg,1g -
} ; vnlHUQLO
t7e7q"+/
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? S.U#lAn(
这个差事就留给了holder自己。 '_91(~P
b<E78B+Aax
~*tn|?%
template < int Order > |2jA4C2L}
class holder; nHLMF7\
template <> 4 *.
O%
class holder < 1 > P_.AqEH
{ <(45(6fQ
public : vI"BNC*Q1
template < typename T > `j 4>
struct result_1 ' XOWSx;Y
{ .W\x{h
typedef T & result; jZe/h#J)[
} ; A5s;<d0
template < typename T1, typename T2 > F84<='K
struct result_2 >YcaFnY
{ .kfx\,lgm
typedef T1 & result; VLbbn
} ; (L W2S;-
template < typename T > Fgi;%
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const JI&.d:
{ $h
>rs
return (T & )r; ~bw=;xF{3
} i
G%R'/*
template < typename T1, typename T2 > :=:m4UJb
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const AO(zl*4
{ EO/41O
return (T1 & )r1; T#&