一. 什么是Lambda 2H#N{>7
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 _cJ[
FP1
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, H{ M)-
`%K`gYhG1
W-2i+g)
noVa=aU^
class filler 8``;0}'PC
{ yFIy`9R
public : 6y+b5-{'
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} wjU.W5IR
} ; UP1?5Q=H]Q
I\P Bu$Ww
/4S;QEv
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: A//?6OJx?
,#u\l>&$
i`U:gw
_v5t<_^N
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); sOFa!bdPW
JXQPT
,+/zH'U}
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ;|ub!z9GG
X'sEE
U)jUq_LX
g9tu%cIkR
二. 战前分析 Eyh|a.)-
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。 8m=Z|"H@
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 0Vv9BL{
*DeTqO65
HB&
&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); sLh0&R7
/* --------------------------------------------- */ Iq'O
vector < int *> vp( 10 ); x2wg^$F*oO
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); X33v:9=
/* --------------------------------------------- */ N{akg90
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); <zB*'m
/* --------------------------------------------- */ 7Ur?ep
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); iv%w!3#
/* --------------------------------------------- */ `"y`AY/N
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); w8M2N]&:
/* --------------------------------------------- */ ,TC~~EWq
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); y>o>WN<q
$%qg"
QEJGnl676
E:A!wS`"
看了之后,我们可以思考一些问题: IhonnLLW
1._1, _2是什么? H3FW52pjX
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。 Z[#IfbYt
2._1 = 1是在做什么? ;_JH:}j
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。 n[k1np$7?6
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ?T*";_o,B
XF,<i1ZlM
)q^ Bj$
三. 动工 P;91~``b-
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: f@z*3I;
-zfoRU v
D&{
*AH%Q
D5A=,\uk
template < typename T > 0Qd%iP)6
class assignment Cw1(5
{ 3{J.xWB@:
T value; mBl7{w;Iv
public : =&U`9qN
assignment( const T & v) : value(v) {} |qUrEGjiSS
template < typename T2 > mN1Ssq"B
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } +uQB
rG
} ; ijZ>:B2:
*Z kss
H~9=&p[Q
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ?b$3ob"
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment =Sxol>?t
!Tfij(91
F>Jg~ FD*
QlzQ]:dWC
class holder [%8@DC'
{ HhSjR%6HY;
public : } p'8w\C$
template < typename T > =MSu3<y,
assignment < T > operator = ( const T & t) const m6n hC
{ X%4h(7;v
return assignment < T > (t); !Yh}H<w0
} pCt}66k}
} ; !wh=dQgMe
'DAltr<
:,F=w0O
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: )SiY(8y
pMN<p[MB
static holder _1; UC!5
wVY
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 |~$7X
iHz[Zw^.s
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); hx!`F
而不用手动写一个函数对象。 v]bAWo
f=ib9WbR#
-9G]x{>
&5q{viI
四. 问题分析 0|C[-ppr
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 7%CIt?Z%
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 `"Dy%&U
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Ak=UtDN[
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。
5-'vB
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Z=9dMND
.cR*P<3O
五. 问题1:一致性 60PYCqWc
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| < l[`"0
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 V\zsDP
;BTJ%F.
struct holder )73DT3-0$
{ lIq~~cv)
// O,9X8$5H-a
template < typename T > .
bG{T|
T & operator ()( const T & r) const %FS;>;i?
{ 3wNN<R
return (T & )r; 4(m3c<'P
} f[@#7,2~M
} ; Yq;&F0paK
@,vv\M0)p
这样的话assignment也必须相应改动: OK\]*r
#NF+UJYJ&'
template < typename Left, typename Right > E& ]_U$
class assignment >sV Bj(f
{ ngqUH
Left l; c~oe,9
Right r; s5.k|!K
public : Wf1-"Q
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} y''V"Be
template < typename T2 > 7xDN.o*>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ~~dfpW _"
} ; IMR$x(g=
F
{G.{ad
同时,holder的operator=也需要改动: YHh u^}|jQ
oZvG3_H4.
template < typename T > m/N(%oMWB=
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ,CW%JIM
{ L&HzN{K
return assignment < holder, T > ( * this , t); j&}B<f _6J
} v<fWc971
2V< # Y
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 &|] Fg5
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 H2]BMkum
R7t
bxC
return l(rhs) = r; "0Y&~q[=
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 "GB UQ}
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: hGKdGu`0
+}]wLM}\UF
template < typename Tp > @}{VM)Fc+
class constant_t #ZwY?T
x
{ "2K|#,%N
const Tp t; _Fvsi3d/
public : XAlD
ww
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Sh47c4{
template < typename T > n(# c`t*
const Tp & operator ()( const T & r) const @f'AWeJ2
{ c$.T<r)Z
return t; P#9-bYNU
} JgZdS-~
} ; Xa\]ua_
?/L1tX)
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 h!;MBn`8
下面就可以修改holder的operator=了 N>T=L0`
&:,fb]p
template < typename T > h@/>?Va
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const LQ|<3]
{ o}W7.7^2
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); L/%xbm~
} 3g+\?L-c
s-o~@(r6
同时也要修改assignment的operator() n7'<3t
{.%0@{Y
template < typename T2 > /iTH0@Kw;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } "URVX1#(r
现在代码看起来就很一致了。 kfIbgya
&A#90xzF
六. 问题2:链式操作 _4A&%>
现在让我们来看看如何处理链式操作。 3pzOt&T|w
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。 UvoG<;
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。 0$(jBnE
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。 r]Z.`}Kkm
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct T&e%/
[kQ"6wh8
template < typename T > gB'`I(q5.
struct result_1 @V*au:
{ U@MOvW)
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; $Jt8d|UP
} ; | eK,Td%
~MD><w>
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 7jD@Gp`" 3
F\l!A'Q+t
template < typename T > ]oo|o1H87
struct ref 7E@$}&E
{ W'8J<VBD
typedef T & reference; g!z8oPT
} ; i$2MjFC-
template < typename T > HM;4=%
struct ref < T &> k0R,!F
{ :1%VZvWk*
typedef T & reference; NF@i#:
} ; y;*My#
c lq
<$-
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 8VKb*
bK6, saN>
template < typename T > p` ^:Q*C"
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const :Fq2x_IUE
{ vjY);aQ
return l(t) = r(t); 30:HRF(:
} 6!i(
\Q*
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。 lb=2*dFJ1
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 BD<rQ mfA^
k{!iDZr&f,
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 $XtV8
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: GXGN;,7EV
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 kvY}
yw7
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 *(>F'>F1"
最后的布局是: 8yNRxiW:
Add Z{j!s6Y@{
/ \ IhtmD@H}
Divide 5 }C9VTJs|
/ \ yKel|vM#
_1 3 @D( KuF
似乎一切都解决了?不。 8JFnB(3xU
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。 t ;bZc s
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。 $,!dan<eA
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: |YMzp8Da(
w`w `q'
template < typename Right > jKe$&.q@
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const >:(6{}b
Right & rt) const K]lb8q}Z~
{ ixoMccU0
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); zSX'
} S+4I[|T]Y
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 YLr%vnO*NS
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。 >&4I.nA
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。 _CYmG"mY
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。 Mr@<ZTw
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。 h Js&rpN
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? W\ZV0T;<]
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: fwz5{>ON]
c=uBT K*
template < class Action > E0WrpGZ
class picker : public Action u k>q\j
{ T=iZ9w
public : w%!k?t,*]
picker( const Action & act) : Action(act) {} .je~qo)
// all the operator overloaded A@fshWrl%
} ; U/v"?pg[
Lk$Je
O
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ?et0W|^k
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 'npT+p$V
I3F6-gH
template < typename Right > 6jQ&dN{=qB
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Al;%u0]5
{ o%9Ua9|RR
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ~50y-
} BdRE*9.0
_AsHw
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > o>QFdx
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。 DT1i2!
H@OrX
template < typename T > struct picker_maker 8=u+BDG
{ rA>A=,
typedef picker < constant_t < T > > result; uH~ TugQ~
} ; +A.a~Stt
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > '/n%}=a=
{ x1BDvTqW
typedef picker < T > result; %<bG%V(
} ; T5X'D(\|
hc31+TL
下面总的结构就有了: UH.}B3H
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。 s|rZ>SLL
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。 fTi{oY,zTg
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 OGD8QD
至此链式操作完美实现。 Y ~\`0?ST
K[3D{=
zN8&M<mTl
七. 问题3 ^`B##9g~
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。 dcc%G7w
>(1_Dn\
template < typename T1, typename T2 > d"e%tsj
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const DftGy:Ah3
{ 0wa!pE"
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); J7 zVi
} )b:~kuHi
bl!f5RO S(
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: HK,G8:T
p.W*j^';Q
template < typename T1, typename T2 > W@uH!n>k
struct result_2 3Wtv+L7Br
{ `!>dbR&1
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Jr*S2z<*
} ; Yqz[sz5+m
}i/2XmA )
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? c<t3y7
这个差事就留给了holder自己。 qyG636i
e8ig[:B>+
cM7k) {
template < int Order > ~jCpL@rS
class holder; 8BoT%kVeJv
template <> b&V]|Z(
class holder < 1 > VTgbJ{?
{ V3hm*{ON
public : Xxsnpb>
template < typename T > +e3WwUx
struct result_1 o-e,
{ { ves@p>?
typedef T & result; |?t8M9[Z
} ; e7)%=F/)
template < typename T1, typename T2 > (8eNZ*+mO
struct result_2 N@du.d:
{ 1p"EE~v
typedef T1 & result; XCi]()TZ_
} ; g,GbaaXH
template < typename T > q MT.7n:
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const nAba
=iW
{ F~rYjAFTi
return (T & )r; RNrYT|
} y:6'&`L
template < typename T1, typename T2 > _)Z7Le:f!
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const :Kc0ak)<n
{ ;h(;(
return (T1 & )r1; ]38<ly7
} j7HlvoZV
} ; ~RLx;
:,z3:PL
template <> zt>_)&b
class holder < 2 > *e"GQd?
{ X!A]V:8dk
public : sz2SWk^&
template < typename T > m-KK
{{
struct result_1 elHarey`f
{ He_(JXTP
typedef T & result; $?J LCa
} ; 'V9aB5O&
template < typename T1, typename T2 > f/WM}Hpj
struct result_2 i7!mMO8]
{ JLV}Fw
typedef T2 & result; AL$Ty
} ; W<hdb!bE
template < typename T > |I^Jn@Mq:
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const { )GEgC
{ n#L2cv~Aj"
return (T & )r; JW.&uV1Z
} 6UAxl3-\
template < typename T1, typename T2 > HtXBaIl\
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 0<]!G|;|
{ Zow^bzy4
return (T2 & )r2; lX k-86[M
} a:%5.!Vd
} ; hv8[_p`>
sluZ-,zE
_(kwD^x6O{
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> >。 [
*a>{sO[
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: }br<2?y,
首先 assignment::operator(int, int)被调用: >@89k^#Vc
8\V>6^3CD$
return l(i, j) = r(i, j); e]B<