一. 什么是Lambda 4{J'p19
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 iBPx97a
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, Q2K)Nl >_
31n|ScXv
eKek~U&
"i/3m'<2
class filler s&~.";b
{ d&5GkD.P
public : B)L;ja
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Dd$CN&Ca
} ; kU$M 8J.
j aq/]I7
ljRR{HOl
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: qr[+^*Ha
DU.[Sp
R22P
ol
%QKRl5RM-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); "f3KE=cUm
?ne!LDlE|
wO3K2I]>0
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Mv^G%zg2
?jRyw(Q
?UV^6
J t,7S4JL
二. 战前分析 I0]"o#LjT
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。 }c-tvK1g
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 ?L~Z]+-
1q(o3%
y6!Zt}m
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
txW<r8
/* --------------------------------------------- */ .3*VkAs
vector < int *> vp( 10 ); m1(cN%DBd
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); NK0hT,_
/* --------------------------------------------- */ [Q*aJLG
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 9dXtugp|
/* --------------------------------------------- */ a?QDf5Cq
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 6
w:@i_2^
/* --------------------------------------------- */ jt8%
L[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); *,=WaODO %
/* --------------------------------------------- */ MX#MDA-4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Z`lCS
o;
*^5..0du
s(Tgv
4yu ^cix(
看了之后,我们可以思考一些问题: Q8r 7
1._1, _2是什么? |xQq+e}l<
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。 M`kR2NCi
2._1 = 1是在做什么? ,"!P{c
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。 6X.lncE@p
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。 !rMl" Y[
4$<-3IP,
^>f jURR
三. 动工 7,N>u8cTh
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: #Zy-X_r
DG
$._
d^<a)>5h
,Cckp! 6
template < typename T > wf8GH}2A
class assignment -O=a"G=
{ (iZE}qf7g
T value; h.W;Dmf6]
public : );.q:"
assignment( const T & v) : value(v) {} ;qF#!Kb5
template < typename T2 > (~>L \]!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Ck0R%|
} ; Z 7M%}V%
$&|*v1rH
Nl^{w'X0h
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 &G>EBKn\2`
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment @#%rTKD9F
p8q9:Tz
$N#f)8v
' 1aU0<
class holder ]'UO]i/
{ 2eBA&t
public : LF~=,S
template < typename T > O/(qi8En
assignment < T > operator = ( const T & t) const w*Gv#B9G
{ 3 TN?yP)
return assignment < T > (t); > Rbgg1^]5
} *YFe
} ; r4~Bn7j2
i cf[.
fr0iEO_
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: eiF!yk?2
*eO@<j?
static holder _1; &!{wbm@
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ~OXC6z
U$`)|/8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); >_biiW~x :
而不用手动写一个函数对象。 qK4E:dD
%8T:r S
{daNw>TH
"kKIVlC
四. 问题分析 6SMGXy*]^
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。 e_wz8]K)n
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。 }V3p <
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Qj? G KO
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 IA|V^Wmt;
下面我们可以对这几个问题进行分析。 pX]*&[X?
In0kP"
五. 问题1:一致性 *a@pZI0'
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?| .Jz$)R
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 "9-duDg
Y'n TyH
struct holder HB4Hz0Fa
{ [ed%"f
// HB$*xS1
template < typename T > ! G%LYHx
T & operator ()( const T & r) const 8Us5Oi
{ k})Ag7c
return (T & )r; 9BGPq) #
} Jr18faEZw
} ; .e2u)YqA
(9BjZ&ej
这样的话assignment也必须相应改动: ?J+[|*'yK
~u&3Ki*x
template < typename Left, typename Right > 0*%j6*XDq9
class assignment 3R?7&oXvH
{ 5( lE$&
Left l; 9jiZtwRpk
Right r; 1{% EQhNd
public : ,LXuU8sB
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} &tKs
t,UR8
template < typename T2 > xyx.1o
e!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 56*}}B$?
} ; >Ge&v'~_|
:eI.E:/'
同时,holder的operator=也需要改动: *&B*/HAN
}Xs=x6Mj
template < typename T > j?6%=KuX<
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ^" ywltW>
{ $.(>Sj1
return assignment < holder, T > ( * this , t); O@3EJkv
} 9c806>]U^
'=x
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 S,vrz!'>A
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 V5K!u8T
:XF;v
return l(rhs) = r; Wn24eld"x
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 !wvP24"y
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 'r4 j;Jn
K2L+tw
template < typename Tp > T"t3e=xA
class constant_t +J$[RxQ#
{ F5.Vhg
const Tp t; WB5[!
public : pr/yDGia
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} PBr-<J
template < typename T > kAf:_0?6
const Tp & operator ()( const T & r) const PP&AF?C
{ GFx>xQk
return t; v 4(!~S
} Gw3|"14
} ; Qm,|'y:Tg
Hw<t>z
k
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 j0o_``
下面就可以修改holder的operator=了 8;.WX
R3&W.?C
T
template < typename T > a`GoNh,
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const zp"sM
z]
{ kwK<?\D
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); %|o4 U0c
} *gu~7&yoP
L]kSj$A
同时也要修改assignment的operator() i+jSXn"_
F[115/
template < typename T2 > ;hmy7M1%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } fT/;TK>z>
现在代码看起来就很一致了。 2M=
gpy
,/|"0$p2x
六. 问题2:链式操作 Q9X_aB0
现在让我们来看看如何处理链式操作。 WU{G_Fqaz
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。 sBq @W4
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。 qJVW :$1q
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 bKmR
&
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct v%=G~kF}[
.!,T>:R
template < typename T > #=5/D@
struct result_1 \Q?r+VZ
{ `*8p T
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; zhKb|SV
} ; [st4FaQ36
(m=-oQ&Ro
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: MI!C%
EG59L~nM
template < typename T > }Hrm/Ni
struct ref WWc{]R^D
{ CG@ LYN
typedef T & reference; F%lP<4Vx
} ; X|7gj&1
template < typename T > ]U! ?{~
struct ref < T &> Bh"o{-$p8`
{ ,F.\ z^\{
typedef T & reference; $=TFTSO
} ; 3rTYe6q$U
-2w\8]u
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 4At%{E
Obrv5%'
template < typename T > Q~#udEajI
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const
5pI2G
{ i(2s"Uww,
return l(t) = r(t); SI*O#K=w
} pqBd#
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。 d11~mU\
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 5K;jW
#<S+E7uTs
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 "D2`=D!+
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ,*Tf9=z
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 .4Jea#M&x
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 `Ou\:Iz0u
最后的布局是: 7d]}BLpjWz
Add gb|C592R5C
/ \ C3u/8Mrt7
Divide 5 )Pakb!0H@t
/ \ lDnF(
_1 3 sikG}p0mx<
似乎一切都解决了?不。 =m:xf&r#
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。 B5~S&HQ?B6
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。 0ym>Hbax)
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: B4r4PSB>!
.v9 #|d d+
template < typename Right > >93vMk~hU
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const /w^}(IJ4
Right & rt) const p2GkI/6)uu
{ =66dxU?}
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); '0[D-jEr
} E;*#fD~@
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 !=3[Bm 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。 /9,!)/j
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。 t Q385en
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。 UIi;&[
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。 Q35$GFj"jD
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? Pb]: i+c)
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: %# ?)+8"l
?]]>WP
template < class Action > Fc M
class picker : public Action IC{\iwO/~c
{ U}~SY
public : z8G1[ElY
picker( const Action & act) : Action(act) {} NGOc:>}k>
// all the operator overloaded o|*ao2a
} ; y>_lxLhmO#
szu!*wc9
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。 f',n'
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: T@GT=1E)
{Xb 6wQ"
template < typename Right > p#wQW[6
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const (/Lo44wT
{ 6oMU) DIa
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); SMY,bU'a
} oDogM`T`
26.),a
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > \1cay#X
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。 ig5
d-A
'G;y!<a
template < typename T > struct picker_maker 9E5Ec~l
{ 3gV
17a
typedef picker < constant_t < T > > result; XZD9vFj1Z
} ; zePVB-@u
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 2a|9D\
{ As
}:~Jy|
typedef picker < T > result; 5ltEnvN
} ; dQT A^m
{}kE=L5
下面总的结构就有了: {+%|nOWV
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
{oW
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。 B9^@d
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 |T\`wcP`q
至此链式操作完美实现。 b;G3&R]
-c|dTZ8D)8
AiKja>Fl<
七. 问题3 4r&D