一. 什么是Lambda <o()14
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 %t&Lq }e
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, LBG`DYR@
z\tY A
Q+Nnj(AQY
@~2k5pa
class filler ]CP5s5
{ YTTy6*\,_
public : &G%AQpDW5
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Tr;.%/4Q
} ; &k) +]r
3)VO{Cj!
-aJ(-Np$f
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决:
%t_'rv
LeN }Q
TgV-U
?5" >5 0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); \_.'/<aQ
mL1ZSX
o!
1R-0b{w[
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 1W*Qc_5 v1
]Yt3@ug_f
g s1
53uptQ{
二. 战前分析 T|\sN*}\8J
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 |u`YT;`!"-
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 MDa[bQNM
ZOqA8#\
*><j(uz!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
'*Y mYU
/* --------------------------------------------- */ |8}y?kAC
vector < int *> vp( 10 ); BpA7
z /
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); N''xdz3Z
/* --------------------------------------------- */ D`n<!"xg@$
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); d3E N0e+^
/* --------------------------------------------- */ oa+'.b~
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ui8$ F
"I*
/* --------------------------------------------- */ ;Uch
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); C,;<SV2#
/* --------------------------------------------- */ @B{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); bL<H$DB6
5Zc
8Ie0L3d-
:D}?H@(69
看了之后,我们可以思考一些问题: mK M[[l&A
1._1, _2是什么? b^i$2$9_
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。 2FL_!;p;2E
2._1 = 1是在做什么? 1;./e&%%
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。 5D3&E_S
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。 :fX61S6)
ce4rhtkV
q@1A2L\Om
三. 动工 .))k
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: M97+YMY)
49/2E@G4.
aEQrBs
dG3?(}p+
template < typename T > w2 (}pz:
class assignment unYPvrd
{ &VjPdu57
T value; U#Kw+slM
public : ,-d2wzhW
assignment( const T & v) : value(v) {} S%]4['Y
template < typename T2 > 4myikeUR_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 5Q}HLjG8Z
} ; !b K;/)
#/(L.5d[
:'t"kS
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 \py&v5J)s!
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment N<(rP1)`v
] %7m+-h@
Yo5ged]i
N+R{&v7=F%
class holder lh0G/8+C
{ t(,2x%{
public : 3Qv9=q|[b
template < typename T > !`U #Pjp.
assignment < T > operator = ( const T & t) const V[44aN
{ 2DZ&g\|
return assignment < T > (t); YS9)%F=X
} ieEtC,U
} ; <1sUK4nQ,
*}r6V"pH~
5U_ar
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: `ER#S_}
kyB>]2
static holder _1; T/L\|_:'
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ^y&2N
kYS\TMt,C
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); u 8~5e
而不用手动写一个函数对象。 UBwYwm0
BhyLcUBuB
PwAmnk !
a<pEVV\NB~
四. 问题分析 A[88IMZs
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。 GO#eI]>/r
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。 g[{rX4~|
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 sQzr+]+#9
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 CwEb ?
下面我们可以对这几个问题进行分析。 yK2>ou
+ L5
五. 问题1:一致性 78mJ3/?rC
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?| 3v~}hV/RUy
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 )/v`k>E
Fw#wVs)@:
struct holder YBk* CW9
{ -fz( ]d
// H#`&!p
template < typename T > B<!wh
T & operator ()( const T & r) const #b=*hi`E
{ vnsMh
return (T & )r; i\L7z)u
} 3V/|" R2s
} ; na/,1iI<
7
(i\?
这样的话assignment也必须相应改动: n22OPvp
Yceex}X*5
template < typename Left, typename Right > x A ZRl
class assignment 0vz!)
{ H%Sx*|
Left l; .V^h< d{
Right r; HtI>rj/\
x
public : @v\jL+B+m
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} e]d\S]5
template < typename T2 > 0Szt^l 7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Fo|
rRI2
} ; dC}4Er
w>#.id[k
同时,holder的operator=也需要改动: zU>bT20x/
~\+mo
template < typename T > 'P >h2^z
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const O%s?64^U
{ cy_zEJjbD
return assignment < holder, T > ( * this , t); ^t)alNGos
} O$&4{h`
k{C|{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。 )0@&pEObm
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 w3oe.hWP3N
{[FJkP2l
return l(rhs) = r; 8F`799[p
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。 }KL( -Ui$
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: jowR!rqf
&
Mf nH
template < typename Tp > ~D Ta%J
class constant_t QcDtZg\
{ }2_i<4,L
const Tp t; y
+c 3#
public : Os|F
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} g(zoN0~
template < typename T > WO6; K]
const Tp & operator ()( const T & r) const A&;Pt/#'
{ K"ytE2:3
return t; e/u(Re
} c:G0=5
} ; 'ZQR@~G
x\XOtjJr
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 0Z~G:$O/i
下面就可以修改holder的operator=了 y <21~g=
EY
9N{
template < typename T > ,1-#Z"~c
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const SSI('6Z/
{ #kDJ>r |&-
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ~Aq$GH4
} %L;'C
v
+LAj h)m
同时也要修改assignment的operator() lilF _y
GGwHz]1L
template < typename T2 > be{t yV
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } < {dV=
现在代码看起来就很一致了。 naKB2y]l
2(sq*!tX
六. 问题2:链式操作 cn!Y7LVr
现在让我们来看看如何处理链式操作。 k7Z1Y!n7
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。 T$;N8x[
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。 ~w9ZSSb4
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。 'gwh:8Xc
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct |G]M"3^
s;-%Dfn
template < typename T > #EdsB
struct result_1 ? v2JuhRe
{ HGRH9W
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 6*H F`@(
} ; 0FD+iID
;X3bgA']
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: CK+_T}+-
gcfEJN4'
template < typename T > (t)a u
struct ref K2R[u#Q
{ {n>W8sN<
typedef T & reference; pI|H9
} ; BWN[>H %S
template < typename T > S7
Tem:/
struct ref < T &> 2r=A'
{ v'zf*]9
typedef T & reference; 55T c
} ; c,I|O'
&k
h
.$3jNU
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: C6C7*ks
Z,osdF
template < typename T > |YAnd=$
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const C7[CfcPA
{ =-qv[;%&6
return l(t) = r(t); #I.Wmfz
} n7S~nk
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。 Eo }mSd
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 xc+h
Fx
F$Q@UVA
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 \WeGO.i-
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ?0VLx,kp
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象
BK1Aq3*)
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 D 4\T`j:
最后的布局是: hD:$Sv/H
Add <2a7>\74E0
/ \ Vi~F
Q
Divide 5 Y"&c .
/ \ c*g(R.!
_1 3 ]+B#SIC;
似乎一切都解决了?不。 V0h
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。 >@BvyZ)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。 jpCQ2 XD:
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: .Lk2S "+
@9pk-BB^D
template < typename Right > wb
}W;C@
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const x-_!I>l&
Right & rt) const kOGpe'bV
{ _YH)E^If
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); P:")Qb2
} sc!
e$@U
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 v*nX
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。 E30VKh |
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。 J!:ss
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。 Iz#h:O
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。 (Js'(tBhiU
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? sGCV um}
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: WBA0!
g98
F:CqB|
template < class Action > In)#`E` g.
class picker : public Action &OiJJl[9
{ l }?'U
public : UUx0#D/U0C
picker( const Action & act) : Action(act) {} ,z?Re)qm
// all the operator overloaded 'lU9*e9
} ; IdlW[h3`[
m3k}Q3&6Z
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。 \7}X^]UV x
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: bqMoO7&c
TWC^M{e
template < typename Right > ^zv28Wq>
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const TCSm#?[B
{ m(Cn'@i`"0
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); $ #C$V>
} ) tGC&l+?/
o(.
PxcD
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > JeJc(e
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。 7K`A2
L44-: 3
template < typename T > struct picker_maker a<[@p
{ 1@H3!V4
typedef picker < constant_t < T > > result; MdWT[
} ; 0j1I
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > FxC@KZG
{ _wg6}3
typedef picker < T > result; j0k"iv
} ; >Z?3dM~ [
AO9F.A<T5
下面总的结构就有了: i8nCTW
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。 \)ac,i@fy
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。 ?Ee HeN_
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 n2R{$^JxO
至此链式操作完美实现。 }Y5Sf"~M
UKx91a}g
,c6ID|\
七. 问题3 S)GWr"m-
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 & h9ji[
~_SV`io
template < typename T1, typename T2 > Z8Fbx+~"
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const S5'BXE,
{ #`/KF_a3\>
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 5isejR{r
} 7 [55
Ku_`F2Q
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: 77OH.E|$
]OHzE]Q
template < typename T1, typename T2 > !h2ZrT9
_
struct result_2 #zXkg[J6d
{ vcAs!ls+
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; k@AOE0m
} ; Bya!pzbpr
I`2hxLwh+
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? 8@!/%"Kt2
这个差事就留给了holder自己。
b:>(U.
z@$7T:H>
\{n]&IjA
template < int Order > i
4eb\j
class holder; 1P4jdp=~
template <> oa+Rr&t'
class holder < 1 > 0?ZJJdI3
{ S
1|[}nYP
public : <?,o
{
template < typename T > 7,_N9Q]rB
struct result_1 K!k,]90Ko
{ JcZs\ fl9
typedef T & result; mz[rB|v"/7
} ; w/N.#s^
template < typename T1, typename T2 > lx~!FLn
struct result_2 #P-S.b
{ W z3y+I/&
typedef T1 & result; (M6B$:
} ; vI#\Qe
template < typename T > #OH-LWZh
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const D2~e@J(K
{ H__9%p#
return (T & )r; ~d7!)c`z
} M=e]v9
template < typename T1, typename T2 > vKDRjrF-
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const X#-U
{ W=o90TwbN
return (T1 & )r1; }V?SedsY
} IR|AlIv
} ; AU$W=Z*
Zo22se0)
template <> nvxftbfE^D
class holder < 2 > N9Yc\?_NU_
{ "a;JQ:
public : k#E D#']N
template < typename T > Q! ]
struct result_1 v-X1if1%
{ (H<S&5[
typedef T & result; sn/^#Aa=N
} ; _{KQQ5k\
template < typename T1, typename T2 > H
|Z9]+h)7
struct result_2 t*82^KDU
{ "Q#/J)N
typedef T2 & result; 'i{kuTv
} ; _UYt
template < typename T > |SZRO,7x
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 3.?PdK&C
{ Ej
ip%m
return (T & )r; 4\Y2{Z>P?
} uOEy}&fH
template < typename T1, typename T2 > IBC
P6[
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 9n$GeRO
{ ^/2n[orl5
return (T2 & )r2;
s6rdQI]
} %:N6#;l M
} ; %7Z_Hw
fnG&29x
O$E3ry+?
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 bPAp0}{Fu
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: uR|Jn)/m(
首先 assignment::operator(int, int)被调用: Fa,a)JY>
>
F&Wuf
return l(i, j) = r(i, j); GNA:|x
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) } '. l'%
[2gK^o&t
return ( int & )i; [iwn"e
return ( int & )j; -]~&Pi