一. 什么是Lambda 6Xlzdt
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 zH8E,)
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, g7*)|FOb
]k0
jmE
XIHN6aQ{X
NB"S,\M0
class filler ,kN;d}bg
{ #<im?
public : 6[> lzEZ
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} X*8y"~X|vq
} ; *v>ZE6CL
)h!cOEt
A =Wg0eYy\
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: m~ tvuz I
=!O->C:
#o.e
(C
>ZgzE
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Sqo+cZ
Jg6Lr~!i
{4 Of.
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 +K57. n{
_u`YjzK
Mqf Ns<2
NO"PO
@&Wk
二. 战前分析 Ccf/hA#mb
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。 +eM${JyXH
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 XpIiJry!6
*z=_sD?1
wbO6Ag@))
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); C6_(j48&
/* --------------------------------------------- */ |?` 5 ~f
vector < int *> vp( 10 ); ;?-AFd\i
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); o`?rj!\
/* --------------------------------------------- */ Y::0v@&(
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); lfGyK4:
/* --------------------------------------------- */ `BPTcL<W
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 4`IM[DIG~
/* --------------------------------------------- */ mo0\t#jA
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); o\AnM5
/* --------------------------------------------- */ $`=p]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); f-=\qSo
OG,P"sv
sGvbL-S-f:
`&$8/_`
看了之后,我们可以思考一些问题: ${+u-Wfau
1._1, _2是什么? c8qr-x1HG
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。 !liV Y]
2._1 = 1是在做什么? $Gn.G_"v
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 e%4?-{(
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 TOYK'|lwM
WL$^B@gXQ
INZVe(z
三. 动工 yqK4 "F&
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 6K $mW
\u3\ TJ
Pf?kNJ*Tv)
z`y9<+
template < typename T > YeX*IZX8
class assignment KaGUpHw
{ &c`-/8c
T value; dj|5'<l2
public : ;|N:FG
assignment( const T & v) : value(v) {} Tt[zSlIMx
template < typename T2 > BG{f)2F\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } TQ
Vk;&A
} ; 2EY"[xK|
?mQ^"9^XS
&v\F ah U
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 |Lq8cA)|y
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment o<2GtF1"o
snV*gSUH
)vr@:PE
j)1y v.
class holder uGKjZi
{ ^6 6!f 5^W
public : H^_,e= j
template < typename T > 1C[9}}
assignment < T > operator = ( const T & t) const y!e]bvN
{ <G"cgN#]
return assignment < T > (t); bRC243]g*A
} #%"q0"
} ; #u<Qc T@
MatXhP] Fi
(iIw}f)w
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: bP,<^zA|X
h\m35'v!
static holder _1; gjF5~
`
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <J[le=
^S#;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); yTaMlT|
而不用手动写一个函数对象。 ffCDO\i({
E' 5*w6
QWmE:F[M~
O9gq <d
四. 问题分析 ;rh.6D l
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。 Ku;fZN[g
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。 ^-;S&=
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 E(qYCafC
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 iP/v"g"g
下面我们可以对这几个问题进行分析。 +,Dc0VC?
G#iQX`
五. 问题1:一致性 St=nf\P&F
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?| ;%|im?
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ;D5>iek5
}E`Y.=
S
struct holder 3f|}p{3
{ b`0tfXzS5
// L
aTcBcI
template < typename T > tobE3Od4
T & operator ()( const T & r) const LvG.ocCG
{ [f6uwp
return (T & )r; U~
{k_'-i
} +^I0>\
} ; GqFx^dY4*
&K[*vyD
这样的话assignment也必须相应改动: 5s7BUT
CB7dr&>
template < typename Left, typename Right > =j]y?;7q
class assignment w+o5iPLX
{ ];r!
M0
Left l; {f*Y}/@
Right r; \BOoY# !a
public : ,|%KlHo^
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} :\](m64z;
template < typename T2 > LS@TTiN
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } *k$[/{S1-
} ; S :HOlJze
:]"5UY?oF
同时,holder的operator=也需要改动: {1GJ,['qL
;qx#]Z0 <
template < typename T > 8&QST!JGSX
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const C|{Sj`,XG
{ R!VfTAv
return assignment < holder, T > ( * this , t); :cpj{v;s
}
l\U
Q2i
'Kelq$dn#
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。 68%aDs
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 *4O=4F)x
dQX-s=XJ
return l(rhs) = r; D{9a'0J
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。 egmUUuO
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 0Q3U\cDr
(qcFGM22U
template < typename Tp > UhB+c
class constant_t ?7\V)$00(&
{ UG1<Xfu|
const Tp t; ,f03TBD}
public : PZ[-a-p40
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} xL* psj
template < typename T > b[%@3 }E
const Tp & operator ()( const T & r) const ZlV
{ $`pf!b2Z
return t; UBo0c?,4
} S)CsH1Q
} ; '2,~'Zk
HG]ARgOB
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 FlO?E3d
下面就可以修改holder的operator=了 O[X*F2LC4
:@w~*eK ~
template < typename T > :J;U~emq
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 8)B{x[?|
{ F`}'^>
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); )! [B(
} #83
]+lT*6P*
同时也要修改assignment的operator() (6%T~|a
3j#VKj+Uc
template < typename T2 > a %go[_w
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } B'/U#>/
现在代码看起来就很一致了。 |N,^*xP(6
4+olyBht
六. 问题2:链式操作 pEB3qGA
现在让我们来看看如何处理链式操作。 r#-
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 \F
_1C=
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 bLT3:q#s
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 y"?`MzcJ0
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct (>`_N%_
4^(x)r
&(?
template < typename T > j/V_h'}
struct result_1 a )O"PA}2
{ s>9I#_4]
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Vjs2Yenx
} ; %<i sdvF
b:1B
>
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 2%/F`_XbP
O:]']' /
template < typename T > 1N/4W6
struct ref <Qq
{&,Le
{ /%YW[oY{V
typedef T & reference; ]36SF5<0r
} ; ?Ld),A/c
template < typename T > <5Vf3KoC&
struct ref < T &> BKFO^
{ #v
c+;`X
typedef T & reference; T*p7[}#
} ; _ep&`K
j;$f[@0o
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ,~L*N*ML
zU5@~J
template < typename T > ? [Yn<|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 6O4*OR<&
{ iBE|6+g~Cj
return l(t) = r(t); 4DIU7#GG
} AFt- V
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。 V``|<`!gd
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 R6~6b&-8
tbQY&TO1
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 x1=`Z@^
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ;LS.
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 -6MPls+
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 .]9`eGVWj
最后的布局是: cGE{dWz
Add 1@Ba7>%'
/ \ H c/7x).
Divide 5 4Q+ ,_iP
/ \ Q-) ( s
_1 3 "t2T*'j{
似乎一切都解决了?不。 9^^\Z5
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。 x]VycS
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"v*[p?
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: i7RK*{
R0M>'V?e
template < typename Right > ^|/<e?~I
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const HOD?i_
Right & rt) const
dX\OP>
{ =K@LEZZ'/<
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); zBm~ J%
} 8hV]t'/;
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 uVYn,DB`
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。 *gmc6xY
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&Oo[Z
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。 kwi$%
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。 'q}Ud10c
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? Y1o[|ytW
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: mR.j8pi
=u0=)\0@r
template < class Action > ZW M:Wj192
class picker : public Action r6j[C"@
{ ,WdSJ BK'a
public : -cUW,>E
picker( const Action & act) : Action(act) {} 3 EAr=E]
// all the operator overloaded JP!e'oWxi
} ; 9#H0|zL
E[hSL#0
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。 /A5=L<T6F
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: }51QUFhL0
C,;?`3bH@
template < typename Right > !,-'wT<v
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const zGe =l;
{ fq1w <e
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^uX"04>;
} +4J'> dr
X6sZwb
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 8V(~u^!%_
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。 M5[#YG'FlQ
"eoPG#]&
template < typename T > struct picker_maker
||2%N/?
{ uWGp>;m eO
typedef picker < constant_t < T > > result; t<`wK8)
} ; [1~3\-Y
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 5I* 1CIO
{ |
{zka.sJ
typedef picker < T > result; `B?+1Gv
} ; ]V fp,"op
:~ s"]*y
下面总的结构就有了: y**L^uvr
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。 Q3r]T.].h
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。 )1 @v<I
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 $_%
至此链式操作完美实现。 n2aUj(Zs=
[p\xk{7Y
%AV3eqghCg
七. 问题3 UB] tKn
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 ,>g(%3C
PazWMmI
template < typename T1, typename T2 > ldG8hK
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const HJr*\%D}1
{ MPp:EH
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); //G&=i$
} **AJFc
6
y"r'
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: h*4wi.-
6o#J
template < typename T1, typename T2 > ;8F6a:\v
struct result_2 <)cmI .J3
{ wQ-BY"cK\
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; KW0KXO06a
} ; c5CxR#O
a"+VP>4
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? b6 g9!
这个差事就留给了holder自己。 9~,!+#
GNG.N)q#C
: Q,O:
template < int Order > q9zeN:><
class holder; j%vxCs>
template <> )W @
class holder < 1 > L7II>^"B
{ ),<h6$
public : N9c#N%cu
template < typename T > 1^Q!EV
struct result_1 2}{[J
{ 11J:>A5zt
typedef T & result; oOQan
} ; r|jBKq~
template < typename T1, typename T2 > $~EY:
struct result_2 .GnoK?
{ 3,+UsB%
typedef T1 & result; .<P@6Jq
} ; esTK4z]
template < typename T > }Ny~.EV5^
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const I1ibrn
{ yC}x6xG
return (T & )r; n[-d~ Ce2{
} B*Q.EKD8s
template < typename T1, typename T2 > a0FU[*q
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const wS2N,X/Y
{ u<@
55k
return (T1 & )r1; V6<Ki
} !OH'pC5
} ; 5OFb9YX
t5p#g<