一. 什么是Lambda B&`#`]
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 )"wWV{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, )<t5' +d%
,;hIyT
0vt?yD
LZ}C{M{=5A
class filler Hq3"OMG q
{ PiP\T.XANa
public : -6(C^X%
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} E9YR *P4$
} ; p,Qr9p3y
}RDGk+x7|
^ ,d!K2`
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: 3g`uLA X>u
VkZrb2]v
(Xi?Y/
xJ:15eDC
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); CMI%jyiX
~q5" '
P=OHiG\z
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 odD^xg"L
#qtAFIm'
$0~H~-
!-_0I:m
二. 战前分析 ^y]CHr
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 K*xqQ]&
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 [I^>ji0V
%O#) =M~
N.vt5WP
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); yZj:Kp+7
/* --------------------------------------------- */ 6sJN@dFA
vector < int *> vp( 10 ); BqC!78Y/e
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); !`LaX!bmp
/* --------------------------------------------- */ 4C\>JGZvq
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); BT.;l I
/* --------------------------------------------- */ Ri =>evx
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); /g BB
/* --------------------------------------------- */ B2w\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); B"rnSui
/* --------------------------------------------- */ Ue^2H[zs-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ViIt'WX
O$%M.C'
CZe0kH^:{
<5X?6*Qvr
看了之后,我们可以思考一些问题: l=,\ h&
1._1, _2是什么? 'Alt+O_
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。 ^x-vOGlR
2._1 = 1是在做什么? @*P$4c
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 {>PN}fk2QP
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 Q\|72NWS
v10p]=HmO
Y /$`vgqs
三. 动工 (N{Rda*8
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: v6(Yz[
Ysbd4rN
o=@0Bd8
RZ 4xR
template < typename T > ?0
93'lA
class assignment __o`+ ^FS
{ Z^5j.d{e$
T value; E^B*:w3
public : #2l6'gWE0
assignment( const T & v) : value(v) {} V;0{o
template < typename T2 > y"q7Gx*^j
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } WwG +Xa
} ; &Uq++f6
<{!^
e[_W( v
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 #!V
[(/
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment .I\)1kjX
*%<Ku&C
b*$/(2"m
SxV(.i'
class holder vQf'lEFk
{ j$r .&,m
public : $jMU|{
template < typename T > #;cDPBv*wS
assignment < T > operator = ( const T & t) const GB Oz,_pw
{ ;4.D%
return assignment < T > (t); ^ei[#I
} k#"Pv"
} ; +LddW0h+=8
E-h`lDoJ
Q)N$h07R
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: . 2_t/2
#k? Rl
static holder _1; <jdS0YT
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写
2{naSiaq
?3
J
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^aVoH/q*C
而不用手动写一个函数对象。 Y ON@G5^
lS P{9L6
L'=e /&
.&2p Z
四. 问题分析 1lRqjnzve&
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。 Ycb<'M*jE
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。 i[FcY2
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 !fdni}f)
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 QrDrdA
下面我们可以对这几个问题进行分析。 g;en_~g3j
A(AyLxB47*
五. 问题1:一致性 #$V`%2>
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| g3{)AX[Uy
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 #|^7{TN
&H\$O.?f
struct holder N3^pFy`
{ SxXh
N
// HN>eS Y+
template < typename T > |7WzTz
T & operator ()( const T & r) const Y1AbG1n|
{ Ne/jvWWN
return (T & )r; #f]R:Ix>
} 6Nx T W
} ; #FF5xe
]!H*oP8a*
这样的话assignment也必须相应改动: E*Vx^k$
IDBhhv3ak
template < typename Left, typename Right > S4<@ji
class assignment aA%$<ItH
{ FsZM_0>/s
Left l; XboOvdt^|
Right r; |w[}\#2
public : W"Dj+/uS
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} mh44
template < typename T2 > d T/*O8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } qM@][]j:
} ; BieII$\P%P
g2C-)*'{yh
同时,holder的operator=也需要改动:
3@$h/xMJ
WlP@Tm5g/
template < typename T > 0]8+rWp|Nz
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const M@!Gk
{ b7v] g]*
return assignment < holder, T > ( * this , t); f&`v-kiAn=
} i#lvt#2J0
8q7KqYu
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 D]y6*Ha
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 psRm*,*O
oiO3]P]P
return l(rhs) = r; #CV(F$\1{
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。 Djf2ir'
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: )2YU|
Sc Gmft3A
template < typename Tp > .j88=t0
class constant_t nS?HH6H
{ aSHZR
const Tp t; l0D.7>aj
public : Xki/5roCQ|
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} @{I55EQ]
template < typename T > Zy*}C,Z
const Tp & operator ()( const T & r) const AaTtYd
{ od^ha
return t; N0
?O*a
} u6r-{[W}
} ; 5tq$SF42X
}f&7<E
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 w5n>hz_5
下面就可以修改holder的operator=了 NlcWnSv
AU'{aC+p
template < typename T > |xKB><
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ^;@Bz~Z
{ k}T~N.0
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ui 2RTAb
} 3&' STPpW
gX(QRQ
同时也要修改assignment的operator()
iI
^{OD
*c3o&-ke9
template < typename T2 > z%g<&Cq
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } fs)O7x-B(
现在代码看起来就很一致了。 \17)=W
-;~_]t^a
六. 问题2:链式操作 R2J3R5S=[
现在让我们来看看如何处理链式操作。 0e7v ?UT
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。 D3^v[>E2
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。 UT{Nly8u
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。 1}ToR=
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct *n[Fl
hR`dRbBi%
template < typename T > lJYv2EZ
struct result_1 ,~4(td+R7
{ *v5y]E%aW
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result;
w^p2XlQ<
} ; u8,T>VNVw
E;|\?>
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: S7SPc
\@F{Q-
template < typename T > _9gn;F
struct ref (f.A5~e
{ ^al
SyJ`
typedef T & reference; EwOTG
Y{0p
} ; vcSS+
template < typename T > 'V>+G>U
struct ref < T &> #F6ak,9S4
{ =VSieh
typedef T & reference; :m~lgb<
} ; dJ;;l7":~
@v'<~9vG
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: $N
]P#g?Q
~G$OY9UC
template < typename T > 9"aTF,'F/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const @6tx5D?
{ i@;a%$5
return l(t) = r(t); v|'N|k l
} ZEMo`O
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 x$p\ocA
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 jGWLYI=V2
Umd!j,
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 y7Ub~qU
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: -|T^
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Af%?WZlOq
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 FPMk&
最后的布局是: ;K_B,@:'
Add ditzl(L
/ \ x?F{=\z/o
Divide 5 p?h;Sv/
/ \ t2gjhn^p
_1 3 zJy{Ry[Sb
似乎一切都解决了?不。 %)e+w+
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。 2u:j6ic
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。 Ue7W&N^E
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: g\Zk*5(
aD^MoB3
template < typename Right > @88 efF
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const SM<kE<q#
Right & rt) const CG7LF
{ ",+uvJT1O
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 93dotuF
} S.jjB
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 !<)_ F
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。 GwycSb1
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。 K|/a]I":
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。 SrtmpQ
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。 4s8E:I=K
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? mc=*wr$
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: buFtLPe
/%c^ i!=f"
template < class Action > +NY4j-O
class picker : public Action ]3,0
8JW=
{ )X/Faje
public : f#t^<`7
picker( const Action & act) : Action(act) {} ^m=%Ctu#
// all the operator overloaded >KPJ74R
} ; ]4yvTP3[Rm
O+$70
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 MocH>^,
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: &1{k^>oz
l1[IXw?
template < typename Right > ("6W.i>
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const H-W)Tq_?-
{ m0"\3@kB
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 6Ts`5$e
} "=(;l3-o
{Jc!T:vJ
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > /z5lxS@#
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。 #V6
-*
m5pVt4
template < typename T > struct picker_maker w-$w
{ k
))*z FV
typedef picker < constant_t < T > > result; ;`B35K
} ; 4:'] 'E
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > xNkY'4%
{ \7/_+)0}'
typedef picker < T > result; G= cxc_9
} ; {1%ZyY
>B
下面总的结构就有了: d@tr]v5 B
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 `[CJtd2\
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 <3}l8Z
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 AF$ o>f
至此链式操作完美实现。 ^Q>*f/.KN
JWL J<z
xW =$j|
七. 问题3 Ol[gck|~
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 o}A #-
ea0tx3'
template < typename T1, typename T2 > zIFL?8!H9{
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const N -]PK%*
{ PuaosMn(9
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); D8Rmxq!
} PNgMLQI6
ai4^NJn
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: a`*WpP \+
:$aW@?zAY
template < typename T1, typename T2 > [r8 d+
struct result_2 MF}Lv1/[-J
{ ?8@*q6~8
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; C4tl4df9
} ; dA/o4co
|vz;bJG
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? zDyeAxh4
这个差事就留给了holder自己。 x Ui!|c
QJWES%m`
9Oyi:2A
template < int Order > ]4mj 1g&C
class holder; ->I{
:#
template <> I%919
class holder < 1 > 3 ?F@jEQk
{ >-lL-%N_
public : Qu FCc1Q
template < typename T > X.l"f'`l
struct result_1 ~q(C j"7
{ xm5FQ) T
typedef T & result; 0t?<6-3`/
} ; K=TW}ZO
template < typename T1, typename T2 > i%PHYSJ.
struct result_2 YBIe'(p
{ MIF[u:&
typedef T1 & result; Az9J{)
} ; &6=ZT:.6Te
template < typename T > #0^3Wm`X;
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const }#*zjMOz
{ Z'dI!8(Nf
return (T & )r; r/sRXM:3cZ
} Ko|xEz=
template < typename T1, typename T2 > OW}j4-~wL
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const oy
bzD
{ 1r&
?J.z25
return (T1 & )r1; 3dDQz#
} t0H=NUP8
} ; irb.F>(x
b[o"Uq@8?
template <> )|R0_9CLV
class holder < 2 > s*/ G-
lY
{ 36WzFq#
public : '3UIriY6
template < typename T > dzNaow*0&V
struct result_1 PB<Sc>{U
{ #'Y6UGJ\n
typedef T & result; LY!3u0PnlT
} ; ;
9&.QR(
template < typename T1, typename T2 > T.PZ}4
struct result_2 T>Rf?%o
{ +Y9D!=_lj
typedef T2 & result; -_*XhD
} ; B
m@oB2x)
template < typename T > TgE.=` "7
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const f9XO9N,hE:
{ :G=1$gb
return (T & )r; rn[}{1I33Q
} 1\J1yOL
template < typename T1, typename T2 > }:l%,DBw
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const r]//Q6|S
{ ySK Yqt z
return (T2 & )r2; p F*~)e
} pkV\D
} ; :mV7)oWH
_E<O+leWf
X1V}%@3:
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> >。 l)PFzIz=V
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: vua1iN1
首先 assignment::operator(int, int)被调用: aco}pXz
l^y?L4hg)
return l(i, j) = r(i, j); <_{4-Q>S3#
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) ~v(M6dz~vk
3g#=sd!0O@
return ( int & )i; =']};
return ( int & )j; O{cGk:
y
最后执行i = j; q{Ta?|x#
可见,参数被正确的选择了。 :f
!=_^}
@uM3iO7&
k#:@fH4{PA
Hs`#{W{.
!_z<W~t"
八. 中期总结 9s6>9hMb)
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: a2=uM}Hsp
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 K-Dk2(x
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 sa gBmA~
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor <
J<;?%]
0m YZ7S5g
o`T<