一. 什么是Lambda @"2-tn@q_
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 39eoL;O_
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, 86Vu PV-
`Yve
Y[,C1,
\bE~iz3b9
class filler :9qB{rLi}
{ xB[#
a*
public : @L7rE)AU.
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} KWMH|sxO=
} ; 5%/%i}e~(
vM8]fSc
~!u94_:
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: BpE[9N
D1a2|^zt
Jy$-)
v4^VYi,.-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ~C+T|
,)8Hl[y
!;oBvE7Kh
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 2x
CGr>X
i ib-\j4d
kY&j~R[C
=*N(8j>y
二. 战前分析 2Hj]QN7"
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 d7Z\
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 :-n4!z"k
+bU(-yRy5o
I(|{/{P,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); QG
ia(
/* --------------------------------------------- */ [;+YO)
vector < int *> vp( 10 ); PeZ=ONY5
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ]RJ2`xf
/* --------------------------------------------- */ DoA f,9|_
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); lC{m;V2
/* --------------------------------------------- */ N0NMRU]zT
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 0jq#,p=l;
/* --------------------------------------------- */ ektFk"W3A\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ?e*vvu33!
/* --------------------------------------------- */ iFnM6O$(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); DzMk eX
GfV9Ox
7P]pk=mo
L;;x%>
看了之后,我们可以思考一些问题: O4{&B@!
1._1, _2是什么? $on liW|
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 _GS2&|7`
2._1 = 1是在做什么? ~ i,my31
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 @g{
"
E6
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 <=lP6B
)yJjJ:re
gxiJ`.D=
三. 动工 1JY4E2Q
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: GZo^0U,;
SJfsFi?n
Oc1ZIIkh\
uPpP")
template < typename T > pc #^{-
class assignment 7G(X:!
{ i*3_ivc)
T value; q~Ud>{
public : 1*5n}cU~
assignment( const T & v) : value(v) {} M&L" yQA
template < typename T2 > BdSTB"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ck;owGlT
} ; yTk9+ >
H]-nm+
Nt)9-\T
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Gl+}]Vn[n
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment @#p4QEQA
1FuChd
0x84 Ah)
*i|hcDk
class holder PO#FtG
{ XHV+Y+VG
public : ,v/C-b)I
template < typename T > @Q'5/q+
assignment < T > operator = ( const T & t) const 3|C"F-'<
{ UV=TU=A\o
return assignment < T > (t); Z@>>ZS1Do
} Sng V<J>zR
} ;
:geXplTx
*op7:o_
u931^~Ci
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: f!87JE=<
{^~{X$YI
static holder _1; 1oC/W?l^
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 BR|dW4\
?C_%"!GR
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); wM><DrQ
而不用手动写一个函数对象。 {KR/TQ?A
4;_.|!LN
d;f,vN(
Skx TgX5
四. 问题分析 T_r[#j
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。 M 3^p,[9r#
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。 ~_K
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Od"-w<'
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 s4w<X}O_
下面我们可以对这几个问题进行分析。 thOCzGJ$
'oo]oeJ-
五. 问题1:一致性 JjM^\LwKkL
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?| \HR QSfGt
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 -WEiY
<>-UPRwqI
struct holder ,TL~];J'
{ X!&=S!}
// ImgKqp0Z
template < typename T > CnAh Ef)b
T & operator ()( const T & r) const rq$%
{ 6~^+</?
return (T & )r; o#;w>-
} lVMAab
} ; +1e*>jE
I(<1-3~
这样的话assignment也必须相应改动: |s|RJA1
j+ s8V-7(
template < typename Left, typename Right > tEb2>+R
class assignment b%AYYk)d?
{ 1V)0+_Yv
Left l; qD2<-E&M/
Right r; xU)~)eK
public : $U!w#|&
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 9;.dNdg>
template < typename T2 > u K 8r
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } F/mD05{
} ; WMrK8e'
nQ8EV>j2
同时,holder的operator=也需要改动: IDv@r\Xw
iPxSVH[
template < typename T > !1|f,9C
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const &u$l2hSS
{ vVE^Y
return assignment < holder, T > ( * this , t); 'tF<7\!
} n1$p
esr
I#9A\.pO
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 z^~fVl
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ~ 5`Ngpp
v)BUt,A
return l(rhs) = r; ~KEnZa0
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 _)lK.5
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: R(ay&f%E
]5c|
template < typename Tp > }K0.*+M
class constant_t M1VRc[
RRo
{ tWD*uAb
const Tp t; yv,9 0+k
public : >pz/wTOi
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ;sb0,2YyP
template < typename T > fFMG9]*
const Tp & operator ()( const T & r) const 61CNEzQ
{ 0s=GM|y
return t; _k
_F
} 9NKZE?5P|D
} ; ]oZ$,2#;~
2qw~hWX
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 R~)c(jj5
下面就可以修改holder的operator=了 UIbVtJ
p}N'>+@=
template < typename T > W>'R<IY4#N
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ai#0ZgO
{ Z5_MSPm
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Kq{9:G
} @^/JNtbH!
yP~D."
同时也要修改assignment的operator() {U7j
IB(5 &u.
template < typename T2 > a!4'}gHR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } QfRt3\^`
现在代码看起来就很一致了。 t~gnai
no^I![_M
六. 问题2:链式操作 g7#_a6
现在让我们来看看如何处理链式操作。 'N0d==aI
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。 ;w[|IRa
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。 rQ.j$U
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。 c7'I'~
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct P7<~S8)Y
!)KX?i[Q
template < typename T > ?zKDPBj
struct result_1 m3K8hL/
{ WRL &tz
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; |Ax~zk;
} ; T<?JL.8 g_
!dStl:B
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: $UgM7V$
!&ac}uD^g
template < typename T > EivZI<<a
struct ref {>>f5o3
{ XEY((VL0
typedef T & reference; \"5%w *vl
} ; oF)+f4
template < typename T > |Zncr9b
struct ref < T &> T'0Ot3m`
{ \KDOI 7
typedef T & reference; [gQ*y~N
} ; NA !;#!
2U)H2%
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 'C!b($Y
/|P&{!
template < typename T > %)u5A!"
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ?:~Y%4;
{ 7YkxIzE
return l(t) = r(t); 6*{N{]`WZ)
} J'.U+XU
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 pkM_ @K
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 sGc4^Z%l?
j^ex5A.&
&
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 r[JgCj+$&
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: [D^KM|I%+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 0r.*7aXu
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 J}nE,U2
最后的布局是: Ks{^R`Oau
Add )1Z*kY?f!
/ \ Cj31'
Divide 5 -_4U+Cfmtl
/ \ {xMY2I++
_1 3 hF.9\X]
似乎一切都解决了?不。 Ti=~y cwi
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。 KaZ$!JfT
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 y8D'V)B
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: #xNLr
Wx;:_F7'\
template < typename Right > C3:4V2<_
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const .UU BAyjm
Right & rt) const &w- QMjM>
{ &zynfj#o
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @c9VCG D
} (B}+uI{
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 (sq4
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 CZS{^6Ye
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 6dt]$
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。 w q% 4'(
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。 ?ye)&
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? 2n2{Oy>L
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: EX~ U(JB6
YrS%Yvhj0
template < class Action > 7^A;.x
class picker : public Action k
?X
{ [ft#zxCJ
public : x24
picker( const Action & act) : Action(act) {} hCQzD2
// all the operator overloaded "~jt0pp
} ; 1NtN-o)N?
`i<;5s!rX
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,H(LblH
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: <iajtq<Z
!=;^Grv>
template < typename Right > 4=9To|U*
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ):
{ U+3,(O
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); <]r.wn=}M
} >?ZH[A
6] <~0{
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > }nvHE o
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。 x00"d$!
WoHFt*e2
template < typename T > struct picker_maker ,^3eMn
{ s?@{
typedef picker < constant_t < T > > result; N|EH`eu^i
} ; dq%7A=-
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > I83ZN]
{ C\Qor3];
typedef picker < T > result; T^x7w+
} ; O4ciD1
b*LEoQSl0V
下面总的结构就有了: @%q0fj8b
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 ,F`:4=H%
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 6q RZ#MC
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 rj&
至此链式操作完美实现。 6TvlK*<r=
?vuM'UH-
,R5NKWo
七. 问题3 @C{IgV
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 rl qn39
TBHIcX
template < typename T1, typename T2 > X[\b!<C
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const TK<~(Dk
{ 7^P!@o$v!
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); zA=gDuy3@
} }A3(g$8KR
=|O`al
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: 8'Sw?FbVA/
)eop:!m
template < typename T1, typename T2 > fo9O+e s
struct result_2 Xm`jD'G
{ UKMr,{iy
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; /bv`_>
} ; -(V]knIF
Me;@/;c(
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? :uy8$g*;TE
这个差事就留给了holder自己。 >H?l[*9
Sh(
mO;X>~K
template < int Order > &@u;xc| v
class holder; h<U<KO
template <> m:CiXM
class holder < 1 > D[ U[D
{ vU0j!XqE
public : o_ka'|
template < typename T > Ve#VGlI
struct result_1 +O>!x#)&"
{ L\_MZ*<0[
typedef T & result; <ek_n;R
} ; 6AV@O
template < typename T1, typename T2 > ":E
7#9
struct result_2 ?3~]H
{ NPc]/n?vDj
typedef T1 & result; *ci,;-*C
} ; ikf!7-,
template < typename T > fx(^}e
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const $o"Szy
{ ,Q!sns[T
return (T & )r; S e/VOzzg
} VZBT'N
template < typename T1, typename T2 > ^vmT=f;TM
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const a<9gD,]P
{ awLN>KI]</
return (T1 & )r1; vJ9Uw
} ~&B{"d
} ; T;K,.a8bU
}mQ7N&cC
template <> F`KA^ZI
class holder < 2 > E/z^~;KA
{ d1VNTB
public : Lsv[@Rl
template < typename T > "Opk:;.
struct result_1 x
LR
2H>B}
{ LN}eD\
typedef T & result; 3`[f<XaL
} ; yx?Z&9z <