一. 什么是Lambda 43?uTnX/
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 I%:\"g"c
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, $1 t
IC_
Vbv)C3ezD
!nU|3S[b
`gAW5 i-z5
class filler q ;"/i*+3
{ 7epil
public : t0_4jVt
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} $p|Im,
} ; ^Na3VP
M}e}3w
A <_{7F9
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: ON9L+"vqv0
!oa/\p
Rt>mAU$}
5=#2@qp
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); $5:I~-mx
FsLd&$?T&
GL%)s?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 h
S)lQl:^
2]]}Xvx4#
h~lps?.#b
ot0g@q[3
二. 战前分析 5PsjGvm.%
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。 Ya4yW9*
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 #mYe@[p@
UD=[::##
q P0UcG
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 22'Ra[
/* --------------------------------------------- */ D-FT3Culw
vector < int *> vp( 10 ); {53|X=D64
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 8*;>:g
/* --------------------------------------------- */ sJ{r+wY
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 8<Pi}RH
/* --------------------------------------------- */ ~b@"ir+g4
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Z((e-T#,
/* --------------------------------------------- */ 5"y)<VLJX
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); A4g,)
/* --------------------------------------------- */ K~4bT=
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); $*`E;}S0
&NOCRabc
@?>5~
W_6gV
看了之后,我们可以思考一些问题: +|Izjx]ZV
1._1, _2是什么? `A9fanh
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 *{,}pK2*
2._1 = 1是在做什么? X.sOZb?$
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。 g&{CEfw&
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。 W[R`],x`
V qcw2
*mH&Gn1
三. 动工 ,Wtgj=1!.
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: pedyWA>
T"t.t%(8
+:W/=C
d(h
ht#,v5oG>f
template < typename T > EeHghq
class assignment
\u04m}h]
{ %k<+#j6ZH
T value; 39MOqVc
public : 5g.w"0MkY
assignment( const T & v) : value(v) {} qHgzgS7a
template < typename T2 > m#ig.z|A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Vju/+
} ; e,Z[Nox
zJ$U5r/u
<,Pl31g^
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 l[i1,4
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment \TYVAt]
?
_DAqL@5n
&*bpEdkZ
v_WF.sb~
class holder 8H1&=)M=
{ Q eN7~ J
public : rp^:{6O
template < typename T > re,}}'
assignment < T > operator = ( const T & t) const q6b&b^r+H
{ T9'HQu
return assignment < T > (t); &O#1*y
Z
} RP^vx`9h
} ; QyY<Zi;6
sgnc$x"
@^J>. g
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: sy-#Eo#3
)c?nh3D
static holder _1; NB5lxaL
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 R T~oJ~t;
ta<8~n^?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +z0s)HU>j
而不用手动写一个函数对象。 qu^~K.I"
0|i|z!N>
_T7XCXEk
6y "]2UgQk
四. 问题分析 E^A!k=>
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。 >vR2K^
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。 6$kh5$[
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 q: X^V$`
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 3[m2F O,Z
下面我们可以对这几个问题进行分析。 =GW[UnO
lon9oraF'
五. 问题1:一致性 $e{[fmx
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 7G7"Zule*j
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 p$ETAvD
Jw>na _FJ
struct holder 2kk; z0f
{ A`Rs
n\
// F\v~2/J5v
template < typename T > @6%7X7m
T & operator ()( const T & r) const l_8ibLyo
{ F@#p
return (T & )r; #3{{[i(;i
} 4#.Q|vyl]"
} ; mg>wv[ 7
P!IXcPKW53
这样的话assignment也必须相应改动: 2aX{r/Lc
)=bW\=[8
template < typename Left, typename Right >
(^B=>
class assignment ]rNxvFN*j
{ lgD%
Left l;
t@a&&
Right r; :t;i2Ck
public : -3y
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} V#+F*w?&D
template < typename T2 > VS!v7-_N5
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } I~Qi):&x
} ; c4r9k-w0E
8H T3C\$s
同时,holder的operator=也需要改动: OF)*kiJ
|/$954Hr#<
template < typename T > (uy\~Zb
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const &Nw|(z&$
{ bE@Eiac
return assignment < holder, T > ( * this , t); XX
"3.zW
} Sqyju3Yp
Eau
V
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。 +?[s"(
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 )>^ Ge9d]
]"htOO
return l(rhs) = r; \rg;xZa5
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。 "q!*RO'a
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: l8 $.k5X
\qlz<
template < typename Tp > vlipB}
class constant_t c/:k|x
{
ZG{#CC =
const Tp t; O3%#Q3c>3
public : U[OUIXUi
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} q}0I`$MU
template < typename T > B-"F67 :
const Tp & operator ()( const T & r) const +(z[8BJl
{ ,U+>Q!$`\^
return t; J, +/<Y!
} ~O!E &~
} ; >6@,L+-6r
&3xda1H
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?^^TR/
下面就可以修改holder的operator=了 uq7/G|
^#K^W V
template < typename T > skTtGz8R[
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const .7:ecFKk
{ R9D2cu,{
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); A:(qF.Tm
} QFoCi&
tA'5ufj*:
同时也要修改assignment的operator() .I $+
E
lz1cLl
m
template < typename T2 > -)KNsW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } opu)9]`z
现在代码看起来就很一致了。 rOj(THoc{
AAKc8{
六. 问题2:链式操作 =UWW(^M#[:
现在让我们来看看如何处理链式操作。 {sj{3I u
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 aGws?<1$
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。 x{GFCy7
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。 so| U&`G
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct <X5ge>.
$fT#Wva-\d
template < typename T > B(6*U~Kn%
struct result_1 .|TF /b]
{ ZP&iy$<L
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; =NnG[#n%
} ; sJl>evw
Ir*{IVvej
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: 'WBhW5@
PI,2b(`h_
template < typename T > =4U$9jo!;
struct ref ~Ga{=OM??
{ 4!-R&<TLve
typedef T & reference; ">S1,rhgS
} ; 1=!2|D:C)i
template < typename T > kho0@o+'^
struct ref < T &> +&J1D8
{ TV0Y{x*~iH
typedef T & reference; O'.{6H;t
} ; [9Tnp]q
xo n^=Wo;
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: No+BS%F5
g2rH"3sC
template < typename T > s$0dLEa9
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const hewc5vrL
{ nr(C*E
return l(t) = r(t); }jFRuT;35
} m`Z.xIA7;
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Gc5mR9pV
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 +bb-uoZf
wqap~X
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 S@~ReRew2
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: f}ch1u>
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 fjuPGg~
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 *#@{&Q(Qh
最后的布局是: ,:V[H8 ?
Add 1:./f|m
/ \ I?%#`Rvu
Divide 5 iU=:YPE+.
/ \ u09D`QPP]
_1 3 +>c%I&h}`
似乎一切都解决了?不。 +#A~O4%t
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 i3Xo6!Q
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 Gf9O\wrs
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: /c4$m3?]
p!<PRms@
template < typename Right > )oM%
N
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const uaCI2I
Right & rt) const c]qh)F$s8
{ ORXH<;^0y
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]XL=S|tIq
} C{G%"q
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 yLl:G;
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 [[ Nn~7
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 tn(6T^u
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 lYr4gFOs
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 e"p){)*$
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? ec*Ni|`Z'
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: t~qAA\p}o
IEI&PRD
template < class Action > NpbZt;%t
class picker : public Action M~Er6Zg
{ _=cuOo"!
public : Z]5xy_La
picker( const Action & act) : Action(act) {} `>lY$EBG@[
// all the operator overloaded wNNg"}&P
} ; 9OlJC[
fj9&J[
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。 bz [?M}
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: BgB0
[g=4'4EZc
template < typename Right > 8M BY3F
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const $H/: -v
{ d*@K5?O.
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); F+W{R+6
} TIF =fQ
Wi~?2-!
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > }b{7+ +
Ah
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 +]~}kvk:
hxw6^EA
template < typename T > struct picker_maker %xp 69
{ ?]+!gz1
typedef picker < constant_t < T > > result; |f$gQI!XW
} ; b/E3Kse?
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > bJeF1LjS
{ -f?,%6(1
typedef picker < T > result; 1] .m4vC
} ; 3S%/>)k
k?
,/om1
下面总的结构就有了: U_UN& /f
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。 .5A .[ZY)
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。 Z8f?uF
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 zP|^@Homk
至此链式操作完美实现。 <" 0b8 Z
P#rS.CIh
6;M{suG|
七. 问题3 _~2o
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。 H#T&