一. 什么是Lambda x_!ZycEa
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Lh ap4:
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, .:9s}%Zr
Oy_c
&HDP!SLS
WG5W0T_
class filler fdv`7u+}a
{ BsLG^f
public : W^3;F1
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 1@_T m
} ; #/
"+
; Lql_1
*e/K:k
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: T3 pdx~66
|B^G:7c
Vmi{X b]<
~uj;qq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ln<]-)&C
VKW|kU7Cs$
}}T,W.#%u
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Jpj!rXTX*
W?z#pV+jt
zp4W'8
'\~^TFi
二. 战前分析 0LL c 1t>}
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。 Zyye%Ly
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 9[Qd)%MO
\#,t O%D
MGt]' }
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); JTW)*q9a
/* --------------------------------------------- */ J|~26lG
vector < int *> vp( 10 ); L*JPe"N-e
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ;>"nn
VW
/* --------------------------------------------- */ uf' 4'
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 76H!)={
/* --------------------------------------------- */ .p&Yr%~
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); z"
QJhCh7
/* --------------------------------------------- */ thW<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); =Ho"N`Qy
/* --------------------------------------------- */ lMifpK
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); WsOi,oG@
=?
:@
}!s!;BOx
DQXS$uBT
看了之后,我们可以思考一些问题: :c]`D>
1._1, _2是什么? n(vDytrj;
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 1HR~G9
2._1 = 1是在做什么? ,k0r
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 N_DT7
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ZafboqsDL
%0-wpuHc(]
{`"#yl6"
三. 动工 Lm%GR[tyQ
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: w4:\N U
m~`>`4
- u3e5gW
}!d;(/)rb
template < typename T > *}!MOqP
class assignment '0t-]NAc
{ [aqu}Su
T value; }e]f
public : 39TT{>?`w
assignment( const T & v) : value(v) {} O'DW5hBL0
template < typename T2 > lU2c_4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 7;}l\VXHm
} ; o>lmst%<
yTBS=+X
2eP;[o
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 l{WjDed
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Oejq@iM"(
, c;eN
r':TMhzHq?
:@3Wg3N
class holder b1`r!B,
{ Rf"Mr: ^
public : e}{U7xQm1
template < typename T > q6q1\YB
assignment < T > operator = ( const T & t) const Y)I8eU{Wl(
{ KeBQH8A1N
return assignment < T > (t); *nTU#U
} -9Ws=r0R
} ; &h~aChJ
y'M#z_.z
B]iP't\~
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 0E/:|k
_|{aC1Y!V
static holder _1; !?FK We
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 1s7^uA$}6
Ff4*IOZ}(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); j
tA*pL'/V
而不用手动写一个函数对象。
>'=MH2;
SZ!=`a]
[`_io>*g
:+&AY2`
四. 问题分析 0@=MOGQb
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。 y2yKm1<Ru<
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。 "^CXY3v
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 bE\,}DTy
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 b"j|Bb
下面我们可以对这几个问题进行分析。 #=,(JmQPt
#`SD$;
五. 问题1:一致性 KLQ!b,=q
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?| kODK@w V-
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 n \G Ry'
$1Nd_pD=
struct holder &jQ?v@|1c
{ rR{,)fX;
// 4sFv?W
template < typename T > pBJAaCGm
T & operator ()( const T & r) const tiaR4PB
{ L/r@ S'
return (T & )r; IMLsQit*
} lC?Icn|o
} ; zY9H%
{I1~-8
这样的话assignment也必须相应改动: G*8GGWB^a
X" R<J#4
template < typename Left, typename Right > mxG ]kqi
class assignment g@v
s*xE
{ fP-|+TyO
Left l; dE=Ue#1U@5
Right r; )ZR+lX}
public : %@J1]E;
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} "5|Lz) =
template < typename T2 > #Z!b G?="
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } uQCo6"e
} ; WMuD}s
\F6LZZ2Lv
同时,holder的operator=也需要改动: j|_E$L A\
l}g;'9ZB
template < typename T > x^= M6;:
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
j2n,f7hl.
{ Ukphd$3J=
return assignment < holder, T > ( * this , t); qN|
fEO>
} VHUW]8We
Z@rN_WXx
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。
u=l1s1>
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 JiS5um=(.
x;E2~&E
return l(rhs) = r; Cpl;vQ
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ]`=X'fED
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]Uc`J8p,
S 01wwZ
template < typename Tp > c'fSu;1
class constant_t 1&)_(|p[C
{ ||B;o-
const Tp t; @1RP/y%
public : l5t2\Fl
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Ss?CfRM
template < typename T > :VA.Q rKW
const Tp & operator ()( const T & r) const ~%y @Xsot>
{ - M5=r>1;
return t; >H|` y@]
} 9ptFG]lZ
} ; '_0]vupvY
?(zoTxD
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Vy)hDa[&
下面就可以修改holder的operator=了 !sSQQo2Sv
N+W&NlZ
template < typename T > &Vk; VM`5
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const D%/8{b:
{ t2{~bzq1X
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); /uqu32;o
} }OShT+xeX
K`:=]Z8
同时也要修改assignment的operator() f6=w3RS
D$eB ,~
template < typename T2 > jdqj=Yc
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ctmQWrk|B
现在代码看起来就很一致了。 u62 )QJE
-#&kYK#Ph
六. 问题2:链式操作 ,t$,idcT+
现在让我们来看看如何处理链式操作。 bMoAD.}
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 d}I(`%%)
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 #&!G"x7
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ,2[ra9n
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ?[)S7\rP
"E!mva*NU
template < typename T > D$k8^Vs
struct result_1 sYbH|}
{ ;."<m
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 0(>rG{u
} ; *iXe^ <6v
W=}Okq)x9I
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: XFZ~ #DT&
5t:8.%<UK
template < typename T > /ONV5IkPy
struct ref L wJ0
{ =ZYThfAEw
typedef T & reference; >
dZ3+f
} ; j}HFs0<L
template < typename T > QOFvsJ<s
struct ref < T &> 7G2PMe;$m
{ Q%=YM4;
typedef T & reference; 8}p8r|d!ls
} ; TvhJVVQ+?
[2Mbk~
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: !F4;_A`X
t={0(
template < typename T > =C7
khE
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const dz9Y}\2tf
{ ZXiRw)rM
return l(t) = r(t); 0~A#>R'
} W.}].7}h
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 6Z:YT&,f
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 fjz) Gp
)$M,Ul
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 '?Bg;Z'L %
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: pK_?}~
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 #*$p-I=
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 kEN#u
最后的布局是: >>'C
:7+Y
Add ETw]!
br
/ \ HOW7cV'X
Divide 5 :-+4:S
/ \ 0&w0aP`Y
_1 3 X T>('qy
似乎一切都解决了?不。 cnNOZ$)
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。 lu\o`m5wF
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。 K'b*A$5o
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: I44s(G1jl
:b#%C
pR
template < typename Right > >.%4~\U
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 'x%x'9OP
Right & rt) const !c(QSf502
{ RIy\u>
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); &w\I<J`T
} a-0cN 9
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 yY=<'{!
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 "ED8z|]j
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 QApyP CH
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 T 1Cs>#)
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 bg7n
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? BW K IbG
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: f6ZZ}lwaV
A|RR]CFJ
template < class Action > D(XqyN-P
class picker : public Action oK+Lzb\d{M
{ H'Qo\L4H
public : wK5_t[[
picker( const Action & act) : Action(act) {} }[=YU%[o:
// all the operator overloaded ej[S u
} ; zQfkMa.
Ie_I7YJ
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 A" !n1P
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: Os&1..$Nb
zY
APf &5
template < typename Right > JeQ[qQ
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 8 njuDl
{ X#J6Umutm
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \ lr/;-zP
} (cV
rw u3Nb
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > *o4%ul\3Y|
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。 A~71i&
{BOLPE-
template < typename T > struct picker_maker rz
{ &?<AwtNN
typedef picker < constant_t < T > > result; _Z#eS/,O@
} ; ~"7J}[i5
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 6Z c)0I'
{ %$n02"@
typedef picker < T > result; Bymny>.M
} ; TmP8q
2VYvO=KA
下面总的结构就有了: MUwVG>b8J~
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。 r*d Q5
_
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。 .ZX2^)`XD
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 j%xBo:
至此链式操作完美实现。 j
jY{Uq
\y~)jq:d"
b(&]>z
七. 问题3 otq,R6 ^
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。 oyvtZ/@
.TN2s\:]jw
template < typename T1, typename T2 > \R Z3Hh
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 9ECS,r*B
{ EA yukM2
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); n-OWwev)
} e^frVEV
Lz6*H1~
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: IwRQL%
4*8&[b
template < typename T1, typename T2 > B$7[8h
struct result_2 &;U|7l~vl
{ 2IzfP;V?
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ]Zv,
} ; vU9ek:.l
,\>g
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? ,v_B)a_E
这个差事就留给了holder自己。 yk#rd~2Z0
.+uVgSN
3N3*`?5c<
template < int Order > F*!gzKZ"
class holder; $QffrU'
template <> 24O
d] f
class holder < 1 > $w `veP
{ J~'~[,K
public : NYwGK|
template < typename T > ]:!8 s\#
struct result_1 k!vHO
{ QRiF!D)Nk
typedef T & result; 0STk)>3$-
} ; SZE `J:w
template < typename T1, typename T2 > oVreP
struct result_2 8xgc[#
{ !xH,y
typedef T1 & result; |i s 9
} ; <>?^ 4NC<M
template < typename T > L:^Y@[f
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const PbQE{&D#
{ 'Ye]eL,I\
return (T & )r; lXw;|dGF
} &gJW6<
template < typename T1, typename T2 > C?(y2p`d\
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const J]\s*,C&
{ 5@iy3olP
return (T1 & )r1; H!#5!m&
} sB8p(
L
} ; %'kX"}N/
epYj+T
template <> +O,V6XRr
class holder < 2 > Ho>p ^p
{ 03] r*\
public : x6jm-n
template < typename T > DWdLA~'t
struct result_1 JqQ3C}z
{ a0)vvo=bz
typedef T & result; j}"]s/= 6
} ; zK,~ 37)\
template < typename T1, typename T2 > z3ZuC{
struct result_2 65uZLsQ
{ KZi+j#7O
typedef T2 & result; d{?)q
} ; s~/57S
template < typename T > D.
77WjwQ
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 1RURZoL
{ F61+n!%8
return (T & )r; >[
@{$\?x:
} ,,XS;X?
template < typename T1, typename T2 > _pJX1_vD
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const fO0-N>W'P
{ +Z )`inw
return (T2 & )r2; CCC4(v
} uAC hu]
} ; =":@Foa
IM$'J
LxIuxt=X|p
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> >。 d"z *Nb
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: So0`c,D
首先 assignment::operator(int, int)被调用: fQ^h{n
)x y9X0
return l(i, j) = r(i, j); #@IQlqJfY7
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) \%Pma8&d
o@Dk%LxP
return ( int & )i; wHq('+{=&
return ( int & )j; %`bLmfm
最后执行i = j; ;<86P3S
可见,参数被正确的选择了。 y>?k<