一. 什么是Lambda #Z#_!o
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 eb(m8vLR
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, ),)Q{~&`
{<~s&EPd
W *|OOa'
Je@p5(f
class filler s}<)BRZi
{ B##C{^5A`
public : P'gT6*an,"
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} v3!by N^
} ; =
c/3^e
O]4W|WI3
>DkN+S
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: ~c9vdK
#{?m
R|6RI}
i"ck`6v"8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); >^sz5d+X
aB7d(
_TV2)
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 upZYv~Sa
pC55Ec<
lxr@[VQ
1\=pPys)
二. 战前分析 R20a(4m
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。 56VE[G
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 lu<Np9/5<
{8ld:ZP
`*|LI
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); H@Kl
/* --------------------------------------------- */ zvWO4\
vector < int *> vp( 10 ); zS,%msT^A
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Y!Usce
/* --------------------------------------------- */ CvgPIrl
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); !tm|A`<g#<
/* --------------------------------------------- */ =kyJaT^5[
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); O[3q9*(
/* --------------------------------------------- */ a-SB1-5jf
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 2M!+gk=+
/* --------------------------------------------- */ I67k M{V
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); zDKLo 3:
)^V5*#69D
E5v|SFD
j&o/X7I=
看了之后,我们可以思考一些问题: =<Zwv\U
1._1, _2是什么? >MBn2(\B;
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。 uKaf{=*
2._1 = 1是在做什么? 7H/!rx
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。 rHA/
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。 v3iDh8.__
(UbR%A|v;
Q-H=wJ4R
三. 动工 ./aZV
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Q;{D8 #!
9RbGa
Y&
: 8p2Jxm
#khyy-B=
template < typename T > >Rx8 0
class assignment 6i*p
+S?U"
{ *m `KU+o-u
T value; Y9\]3Kno
public : ROlzs}
assignment( const T & v) : value(v) {} 9;m#>a@Y
template < typename T2 > Cb!`0%G
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } NzwGc+\7}
} ; W0p#Y h:{_
s/k
?eYchVq
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 #!K~_DL
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment jn5=N[hd
uL qpbn
oj,Vi-T Z
-wG[>Y
class holder \&l*e
{ xKkVSEup
public : KU8Cl>5
template < typename T > ;
HR\R
assignment < T > operator = ( const T & t) const (STWAwK-
{ g&5pfrC [
return assignment < T > (t); _s*uF_:3
} ;dpS@;v
} ; PHE;
O23]!S<;
3XYIb Xnk
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: PLY-,Q&'
10QNV=yK7s
static holder _1; */fs.G:P
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 v/4X[6(
E Ni%ge'":
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ijR*5#5h
而不用手动写一个函数对象。 bb0{-T)1
Z7k1fv:S^
~Krg8s!F&
iNaC ZC
四. 问题分析 %\s#e
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。 tjc5>T[Es8
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。 0B!mEg
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ;Wp`th!F
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 5p(t")
下面我们可以对这几个问题进行分析。 s$3eJ|
AyI}LQm]u
五. 问题1:一致性 S^sW.(I
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| (p#;6Xhf
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Td=]tVM
6A{s%v H
struct holder z;z'`A
{ FC/>L
// A16-
template < typename T > u3ri6Y`
T & operator ()( const T & r) const wft:eQ
{ /Va&k4
return (T & )r; SgQmYaa&
} LI5cUCl
} ; ;74DT
d$G%F $BTs
这样的话assignment也必须相应改动: XDv7#Tv_wv
C[/Uy
template < typename Left, typename Right > l1.Aw|'D
class assignment @'G ( k;
{ (B?xq1Q
Left l; &VBD2_T
Right r; `HZHVV$~
public : 9zM4D
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} {)dEO0 p
template < typename T2 > 4UX]S\X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } p%YvP
} ; +~v3D^L15
.L5T4)
同时,holder的operator=也需要改动: D}
<o<Dk
crOtQ
template < typename T > <@;xV_`X+
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const d .lu
{ ZkVvL4yIK
return assignment < holder, T > ( * this , t); -uY:2
} sn T4X
]ge^J3az$u
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 :_[cT,3
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 '| Q*~Lh
`^4>^
return l(rhs) = r; nm%4L
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 H]n0JG9K
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: vpr@
OuJy$e
template < typename Tp > "%@=?X8
class constant_t +^% &8<
{ 1'._SMP
const Tp t; *Uw#
public : 5]O LV1Xt
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} zdQu%q
template < typename T > =v#A&IPA'
const Tp & operator ()( const T & r) const J$=b&$I(
{ l8
2uK"M
return t; d=u%"36y
} z@S8H6jM)S
} ; =R8.QBVdN
DD{@lM\vc
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 )<&CnK
下面就可以修改holder的operator=了 !5
:1'$d]H
\iTPJcb5
template < typename T > p]IhQnj2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 'rx,f
{ ^Y*.Ktp,o
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); !/q&0 a
} Q9'V&jm
If I$
同时也要修改assignment的operator() 5'L}LT8p@
g7q]Vj
template < typename T2 > j*lWi0Z-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } q8yJW-GA
现在代码看起来就很一致了。 ,%DAh
x6cl(J}
六. 问题2:链式操作 \(7# N<-
现在让我们来看看如何处理链式操作。 g&(~MD2{
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。 dZ81\jdYv
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。 eOnl
sx/
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。 lSsFI30
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct \kRJUX!s
TKutO0
template < typename T > x?&xz;
struct result_1 i{RS/,h4
{ q9Opa2
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Fm+)mmJP
} ; 'C4Ll2
U=?"j-wN
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: $">NW&
i(
{qdhp_~^l
template < typename T > ?fX8WRdh
struct ref rVW'KN
{ fi@+swfc
typedef T & reference; kFs kn55
} ; UDq KF85H
template < typename T > iKTU28x
struct ref < T &> ) x O_
{ -Ce4px?3
typedef T & reference; 745V!#3!M
} ; @x>2|`65Y
c15^<6]g
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ialk6i![
V\8
5
template < typename T > %cif0Td
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const &!aLOx*3`
{ +}Wo=R}
return l(t) = r(t); yXQ;LQ;
} nU#q@p)Xg
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Qvg"5_26v
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 'r <BaL
dWWkO03|
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 1s\hJATfz
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: lNPbU ~k
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象
2Ab#uPBn
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 E|#R0n*
最后的布局是: M|]1}8d?
Add ee?ZkU#@
/ \ %* ;
8m'
Divide 5 c|a|z}(/J
/ \ `lOoT
_1 3 Xr;noV-X
似乎一切都解决了?不。 W3j|%
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 l[0P*(I,
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 6spk* 8e
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: { qx,X.5$
6?x{-Zj^?
template < typename Right > vrDRSc6_
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const wx'Tv
Right & rt) const ty=?SZF
{ W5uI(rS<6
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); lfG's'U-z
} Hmd:>_[f
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 +W4g:bB1
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。 }&hgedx
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。 "x^bl+_"
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。 zUu>kJZ
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。 -+Dvyr
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? W"@lFUi
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: F<WX\q
a[rUU'8
template < class Action > v%Q7 \X(
class picker : public Action n?tAa|_
{ dz9-+C{m
public : <TuSU[]
picker( const Action & act) : Action(act) {} '$^ F.2
// all the operator overloaded ml2z
} ; >Tx;<G
PFw"ICs
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 Ol0|)0
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: b(Xg6
iROM?/$
template < typename Right > dEL"(e#0s4
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const $8}'6,
{ MF(~!SOIG
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 3%a37/|~y
} ,]"u!,yHb
8;NO>L/J]i
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > P9^h>sV
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。 =*U24B*U93
@>j \~<%
template < typename T > struct picker_maker c[7qnSH
{ dVfDS-v!
typedef picker < constant_t < T > > result; DyZ90]N
} ; %Q~Lk]B?t
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ::` wx@
{ ijYLf.R<
typedef picker < T > result; v a;wQ~&
} ; qZ}XjL
N|LVLsK
下面总的结构就有了: .>&fwG
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。 [{*#cr f
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。 %C:XzK-x
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 vsR ^aVwVZ
至此链式操作完美实现。 LeCU"~
es]m 6A
N8vl<
Mq
七. 问题3 c.WT5|:qw
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。 9U*vnLB
M8 }M*\2
template < typename T1, typename T2 > b4ivWb |`
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const X>>rvlD N
{ xwH`alu
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); RGLqn{<