一. 什么是Lambda `Kc %S^C'
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 o`K^Wy~+k#
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, 6G<Hi"I
]X:
rby$
%wjB)Mae
6l\UNG7
class filler "26B4*
{ d0A\#H_&
public : (: TGe v
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} R'9@A\7#
} ; *%N7QyO`I
bN4&\d*u#
aC,vh1")F
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: ^wO_b'@v
) qyx|D
{rb-DB-/5M
zK>'tFU
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); n.a=K2H:V
{FJX
}r~v,KDb
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 d7gH3 l
_PyW=Tj
qXU:A-IdIl
2%5^Fi
二. 战前分析 :^H9W^2
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。 [/AdeR
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 UU.mdSL
Th~3mf
#
d(X\B{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); hB
P$9GR
/* --------------------------------------------- */ (RDa,&
vector < int *> vp( 10 ); Ko$ $dkSE
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); BP[CR1Gs
/* --------------------------------------------- */ G>=9gSLM
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); c
YM CfP
/* --------------------------------------------- */ N"Y K@)*Q
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); L876$
/* --------------------------------------------- */ 3R<ME c
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); `P ^u:
/* --------------------------------------------- */ M.xhVgFf)
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); [!J
@a
N+\oFbE
L,C? gd@"
fqcU5l[v,
看了之后,我们可以思考一些问题: a1
46kq
1._1, _2是什么? s6uF5]M;2
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。 t4f
(Y,v
2._1 = 1是在做什么? KjFZ
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。 saGRP}7?
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。 <=;H[}
e
Iz6ss(UJ
22)0zY%\
三. 动工 r/mA2
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: n9]IBIthe
9GMH*=3[=
Y%78>-2L
Zz"I.$$[M
template < typename T > W<\ kf4Y
class assignment "
Sc5qG
{ dV5PhP>6
T value; ~A8qeaP
public :
OD
assignment( const T & v) : value(v) {} ^y&q5p jj
template < typename T2 > FovE$Dj]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Pv< QjY
} ; +mJ
:PAy4
{V}t'x`4c
C:]/8 l
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 7]p>XAb
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment tlDYk
1S+;ZMk
#$LH2?)
S-isL4D.Z
class holder mbF(tSy
{ <KKDu$W|T
public : 7sXy`+TZ->
template < typename T > ( V$Zc0
assignment < T > operator = ( const T & t) const d2RnQA
{ t:\l&R&
return assignment < T > (t); fZ[kh{|
} ~ct2`M$TL(
} ; @'*eC}\E
8jRs=I
As0 B\
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: C`dkD0_
*~cqr
static holder _1; cI2Fpf`2Wj
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 #S%4?
-^yXLa;D
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); NeHx2m+
而不用手动写一个函数对象。 #;`Oj
a>U6Ag<
I6+2>CUGo
^pj>9%
四. 问题分析 uG;?vvg>
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 Z(p*Z,?u
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 )Nbc/nB$
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 R<|ejw
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 U2bzUxK
下面我们可以对这几个问题进行分析。 [9OSpq
(VyA6a8
五. 问题1:一致性 b4CF`BG
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?| Tp?-*K
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 dByjcTPA
J_PH7Z*=,
struct holder r?pZ72q
{ 34z+INkX
// Rv<L#!;
t
template < typename T > je,c7ZFO
T & operator ()( const T & r) const ys%zlbj[
{ G=|70pxU
return (T & )r; MWs~#ReZ
} mZ7B<F[qV
} ; ]boE{R!I
o&z!6"S<
这样的话assignment也必须相应改动: vM(Xip7
;'}'5nO=$
template < typename Left, typename Right > Jt]&;0zn2
class assignment 4z_n4=
{ eLV.qLBUs
Left l; &tj0M.-
Right r; =IZ[_ /@
public : qfYG.~`5
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 1HbFtU`y~
template < typename T2 > tuxRVV8l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } HTk\723Rdw
} ; [jrqzB
\}#@9=
同时,holder的operator=也需要改动: E!!
alc{
?Vc0)
template < typename T > m[:K"lZ
]2
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ?#BV+#(
{ G;s"h%Xw98
return assignment < holder, T > ( * this , t); 9x?'}
} dJi|D
fu R2S70d
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。 pOA!#Aj)
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 zkexei4^<
"3}<8c
return l(rhs) = r; "IFgRaP=
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。 c}-(. eu
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: :( ,mL2[
&= eYr{
template < typename Tp > >c~RI7uu
class constant_t {C")#m-0
{ O/b+CSS1
const Tp t; 66\jV6eH7L
public : e2w&&B-
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} }k7'"`#?"
template < typename T > KX4],B5 +
const Tp & operator ()( const T & r) const {(tHk_q
{ #;Tz[0
return t; O{]9hm(tN
} QyGnDomQ
} ; ~h)&&'a
P^)q=A8Z#
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 i9 A ~<
下面就可以修改holder的operator=了 QDTNx!WL
)T|L,Lp
template < typename T > FvdeQsc!
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const m3.sVI0I
{ %,UPJn
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); d@ Ja}`
} ~*.-
EWjgI_-
同时也要修改assignment的operator() 6.c^u5;
o:p
*_>&
template < typename T2 > Um.qRZ?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } =#xK=pRy;
现在代码看起来就很一致了。 -{jdn%Y7CK
ytAWOt}`
六. 问题2:链式操作 /)L
0`:I#
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Jn&7C
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。 z rfUQO
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。 e' 9r"<>i
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。 DN] v_u+}
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ~bK9R0|<
vVxD!EL
template < typename T > tJ0NPI56yP
struct result_1 ,5Vt]#F5@
{ PBjmGwg7
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; c1XX~8
} ; ipE]}0q
gABr@>Vv
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: 2?q(cpsN
rNDrp@A>
template < typename T > }T_Te?<&
struct ref S.*~C0"
{ zZ-\a[F
typedef T & reference; RP4Ku9hk
} ; 1GCzyBSbb
template < typename T > Fr2N[\>s
struct ref < T &> KzUlTl0
{ gb|Q%LS9R
typedef T & reference; }f}}A=
} ; s#9Ui#[=h
),}AI/j;zY
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: \*t~==WB
c3%@Wj:fo
template < typename T > +j14Q$
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 2BXy<BM @
{ k(VB+k"3
return l(t) = r(t); >/$Fh:R-
} /# NYi,<{X
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 o+B:#@9?
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 \c,pEXG
lCd@jB{
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 KL,/2(
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: d~J-|yyT
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Lo.rvt
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 5Z/7kU=I
最后的布局是: DE$q+j0P
Add Ga>uFb}W~
/ \ K kW;-{c
Divide 5 :(|'S4z
/ \ <yA}i"-1W
_1 3 )m3Uar
似乎一切都解决了?不。 e!-,PU9+
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。 2|iV,uJ&
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。 ./vZe_o)j$
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: /hrT
sb_oD{+gW
template < typename Right > %q;jVj[
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const lf<S_2i
Right & rt) const O=cxNy-I
{ b3-eR5U/
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); n%^ LPD
} Di_2Plo)4
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ]M>9ULQ
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。 rPNb\Ri
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。 r~-.nb"P
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。 `nXVE+E@
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。 ?<&O0'Q
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? ]r!>{
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: =h6
sPJ
WO4=Mte?
template < class Action > =o}"jVE
class picker : public Action |s#'dS;
{ '3]p29v{
public : SKuIF*"!S
picker( const Action & act) : Action(act) {} aJL^AG
// all the operator overloaded 9j]sD/L5q
} ; v[@c*wo
v8gdU7Ll,
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。 {Sl57!U5
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: m=AqV:%|
/&& 2u7*
template < typename Right > +MbIB&fRCB
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Q-Ux<#
{ CM )Q&