一. 什么是Lambda YK_a37E{F
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 z3>}(+
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, dGHRHXi
69CH W &
~ZL}j+L/
A;{8\e
class filler #&Biu}4D
{ K);:+s-
public : "X}!j>-
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} [}+
MZ
} ; (bZ)pW/iw
GyT{p#l
L5PN]<~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: P 7gS
M
JYKaF6bx8
0oM~e
}CQ GvH
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); iF<VbQP=X^
<A!v'Y
jcevpKkRG
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 #,GpZ
q.rn ZU
4qiG>^h9
&Du!*V4A
二. 战前分析 ESb
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。 %*:-4K
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 hPhN7E03
lSQANC'
']4sx_)S
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); {TlS)i`
/* --------------------------------------------- */ qhiQ!fMQ
vector < int *> vp( 10 ); V#5BZU-
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); {3`9A7bG
/* --------------------------------------------- */ ")cdY)14"
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2);
{:'eH
/* --------------------------------------------- */ ?%;)> :3N
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); m#DC;(Pn
/* --------------------------------------------- */
\6nWt6M
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); /sC$;l
/* --------------------------------------------- */ epz2d~;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); mltN$b%G=d
oIX]9~
t'FY*|xk
/__we[$E
看了之后,我们可以思考一些问题: [T !#s
1._1, _2是什么? Q%q_
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。 a?&oOQd-iP
2._1 = 1是在做什么? 0xZq?9a
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。 Z2hRTJJ[A
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。 NDCZc_
Hza{"I*^
i]xyD '0
三. 动工 Exk[;lI
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: t\u0\l>
lSl=6R
> : \lDz
'$4o,GA8
template < typename T > z8jQaI]j
class assignment tAc[r)xFw
{ ZuILDevMD
T value; 9LzQp`In
public : lhJT&
assignment( const T & v) : value(v) {} c,4UnEoCR
template < typename T2 > EC&w9:R
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } uiM*!ge
} ; rhwY5FD?
d%5QEVV
rp.JYz,
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 4AzS~5S
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment gmy_ZVU'
IP/
zFbc
Rr(,i%fu
~vBmW_j
class holder 3[aCy4O
{ P+,\x&Vr
public : ep>S$a*|
template < typename T > U!^\DocAY
assignment < T > operator = ( const T & t) const fMI4'.Od
{ 5;C+K~Y
return assignment < T > (t); jsfyNl?6
} w/E4wp
} ; q-X)tH_+w@
|OhNQoTY
Xn9TQ"[4
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: C] \r~f
h+}`mi
static holder _1; %Mz(G-I.\
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 `A$yF38!
mEr*n
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ub0]nov
而不用手动写一个函数对象。 buG0#:
"JKrbgN@;L
T&X*[kP
M($dh9 A_
四. 问题分析 !+=jD3HTJ
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。 ?4(uwXp
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[[u>oHyd
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 j*rra
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 UYD(++
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Z?O aY4
lmo>z'<
五. 问题1:一致性 Xc"S"a^\%
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?| TY5<hPU=
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 2?nK71c"
U}_l]gNn
struct holder $xa#+
{ 7V%}U5
// CKmoC0.
template < typename T > MjQKcL4%7
T & operator ()( const T & r) const Vq -!1.v3
{ rwv_
RN
return (T & )r; 2.Th29]
} "Z#97Jc+J
} ; Etg'"d@[
>-c ;
这样的话assignment也必须相应改动: v|<Dc8i+
71mdU6Kq
template < typename Left, typename Right > blk~r0.2
class assignment :L&-
{ LoPWho[8
Left l; 3)Wi?
-
Right r; 7-nwfp&|$
public : ,H'O`oV!1E
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} A d=NJhzl
template < typename T2 > 9<W0'6%{/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } i:ZpAo+Z{
} ; tE/j3
'dDd9
同时,holder的operator=也需要改动: ~^UQw?;
m%X~EwFc.
template < typename T > v1 d]
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const K%Vl:2#F
{ ICTl{|i ]
return assignment < holder, T > ( * this , t); ]<WKi=
} XuVbi=pN.2
%($sj|_l
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 hIuKs5`
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 H
:}|UW
h?p&9[e`
return l(rhs) = r; @D[jUC$E
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。 t.v@\[{-
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: S6*3."Sk
W1w)SS
template < typename Tp > 24}r;=U
class constant_t gxycw4kz
{ Sx5r u?$.
const Tp t; wv #1s3
public : ]/XNfb
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ^D/:[
template < typename T > rgWGe6;!
const Tp & operator ()( const T & r) const CD:@OI
{ J0~Ha u
return t; Qb!9QlW
} C%85Aq* 4
} ; T+8F'9i`
?dVF@
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 T_lexX[\
下面就可以修改holder的operator=了 '
^^]Or
O~.A}
template < typename T > /lC n^E6-
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Z,.*!S=?h
{ Vf`n>
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); %u-l6<w#R
} BI?M/pIm
g<-x"$(C&
同时也要修改assignment的operator() f>g>7OsD]
'Q Ff 7A
template < typename T2 > ,9^wKS!7$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } =5a~xlBjD
现在代码看起来就很一致了。 Q+*o-
"<SK=W
六. 问题2:链式操作 H1N_
现在让我们来看看如何处理链式操作。 4nzUDeI3MG
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。 s(q\!\FS
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。 V/j+Z1ZW
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。 7z9gsi
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct k%?wNk>
}rz}>((ZHF
template < typename T > yHT8I
struct result_1 @]":3
{ ~T7\lJ{%G
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result;
S=!3t`
} ; ?*zRM?*
|d?0ZA:z
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: rLGh>bw#`3
r4D*$H-rR
template < typename T > hhLEU_U
struct ref HA&][%^
{ 'oBT*aL
typedef T & reference; ~rN~Ql%S
} ; GxL5yeN@(
template < typename T > C s?kZ
%
struct ref < T &> i=#<0! m
{ 'Pk (
1:
typedef T & reference; }:P/eY
} ; !run3ip`Z
}bz v&k
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: X3
D(2W
%,Xs[[?i
template < typename T > /KFCq|;7s,
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const
3#}5dO
{ ?u{y[pI6
return l(t) = r(t);
~,Ck
} Ho9 a#9
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。 O+A/thI%*S
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 TXD\i Dq
n,SD JsS^
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 JL45!+
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: T},Nqt<
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 "l6v[yv
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 xG@zy4
最后的布局是: [vV]lWOp'
Add fmILkXKz
/ \ dp\pkx7
Divide 5 M^DYzJ
/ \ {SVd='!V
_1 3 $q);xs
似乎一切都解决了?不。 +K,]#$k
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。 P#]%C
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。 %b<cJ]F
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: ?NoG.
V\r!H>
template < typename Right > WQv%57+
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const i9+(gX(t
Right & rt) const A
q;]al
{ TC;2K,.#k
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ,rx?Ig}kz
} gTcLS|&