一. 什么是Lambda ?RL[#d+y
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 WBT/;),}:
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, C5oslP/@
sUA==k
9a}rE
??eSGQ|
class filler "`]G>,r_
{ ) *Mr{`
public : |hms'n0
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} vW,dJ[N6jm
} ; wz^Q,Od
Ojqbj0E9
*y
+T(73
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: s&:LY"[`
^UI{U1N~Bz
!]AM#LJ
feM%-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); }= OI (Wy
c"`o V! m
x<^+nTzN
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Y+5nn
8|kr|l
e~C5{XEE
Sq^f}q
二. 战前分析 qW*JB4`?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。 BoQLjS{kN
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 :xOne<@
I\djZG$s;N
1OB,UU"S$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); OUCLtn\
/* --------------------------------------------- */ 'p<lfT
vector < int *> vp( 10 ); YjaEKM8*
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); (B|4wR\
/* --------------------------------------------- */ +vOlA#t%Z
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); w#]> Nf
/* --------------------------------------------- */ /@Qg'Q#
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); -6lsR
/* --------------------------------------------- */ sb"z=4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); S o>P)d$8+
/* --------------------------------------------- */ IvuKpX>*
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ny# ?^.1
}
IJ
9gNQ,c
\gT
<vxj*M;
看了之后,我们可以思考一些问题: 7)&}riQ
1._1, _2是什么? _'pow&w~
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。 $="t7C9S
2._1 = 1是在做什么? O.61-rp
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。 $HVus=D"
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ~uqpF-.
WAr;g?Q8
t^eWFX
三. 动工 mS?.xu
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: K@av32{
Ln6\Iis
G.v zz-yG
K_/-mwA v
template < typename T > P$LHsg]
class assignment o,o,(sII
{ l2&cwjc
T value; nx{_^sK
public : _$s ;QI]x
assignment( const T & v) : value(v) {} pxm{?eBz
template < typename T2 > -|E|-'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } R^8L^8EL
} ; D7q%rO|F'
lmmB =F
&'%b1CbE
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 'a ]4]d
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment hcWYz
#4hxbRN
tA#7Xr+
5f5bhBZ<
class holder ,/{(8hn
{ +?"N5%a%F
public : .Up\ 0|b
template < typename T > ^{z@=o<o
assignment < T > operator = ( const T & t) const VI83 3
{ PL+r*M%ll
return assignment < T > (t); 9A|deETa-
} Rb!|2h)
} ; 5]C}044
T NwBnMe
jUny&Alj
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: &T7|f!y
)6K Q"*
static holder _1; p)_v.D3i
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 l#40VHa?S
P-B3<~*i!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ;F>$\"aG
而不用手动写一个函数对象。 %x$1g)
O>8|Lc
LOm*=MVex
]J<2a`IK!
四. 问题分析 bbGSh|u+P
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 luA k$Es
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。 TVaD',5_V%
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 LJ^n6 m|_
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 kjCXP
下面我们可以对这几个问题进行分析。 &)(>e}es
2|="!c8K
五. 问题1:一致性 :exgdm;N
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?| c?@WNv
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 +rT%C&ze
&yu3nA:7D
struct holder c
eH8
{ Xz/5Wis4
// z^@.b
template < typename T > IZr~h9
T & operator ()( const T & r) const [V vTR#^
{ 7d9kr?3(U
return (T & )r; &G#LQl
} 3Z,J&d`[
} ; T6T3:DG_B
px|y_.DB2x
这样的话assignment也必须相应改动: PKDzIA~T
d4y?2p ?3
template < typename Left, typename Right > 5U%J,W
class assignment b=V"$(Q
{ , 7` /D
Left l; !Q-h#']~L
Right r; &ZkY9XO
public : JCL+uEX4S
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} h6Femis
template < typename T2 > /(/Z~J[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } d!BQ%a
} ; C!]R0L*
.Vohd@s9l
同时,holder的operator=也需要改动: "nkj_pC
0D x,)C
template < typename T > (#|CL/ &
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const z]/;?
{ j41)X'MgJ
return assignment < holder, T > ( * this , t); M4%u~Z:4h+
} uc0 1{t0,
A`|Z2
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 s& INcjC
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 X#625h
7(ni_|$|
return l(rhs) = r; u%TZ),ny-
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。 <F>^ffwGH-
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Iq76JJuCb
hW^*b:v{
template < typename Tp > YY!Lv:.7>
class constant_t VnZRsFY<^
{ ].=~C"s,a
const Tp t; #3b_#+,
public : sj;n1t}$S
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} <)hA?3J
template < typename T > {ylY"FA
const Tp & operator ()( const T & r) const }01c7/DRP<
{ _*tU.x|DP
return t; K-_XdJ\
} 6Kl%|VrJs
} ; \a_75^2
e(e_p#
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 x.5!F2$
下面就可以修改holder的operator=了 LB(I^
\&{a/e2:S
template < typename T > 4tQ~Z6Jn;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const SG5GJCkc
{ GnX+.uQL|
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); {Xw6]d
} {D6p?TL+
9.:]eL
同时也要修改assignment的operator() &dH[lB
5Kadh2nz
template < typename T2 > & bKl(,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } $;4y2?E
现在代码看起来就很一致了。 9<e%('@[
&:>3tFQSH
六. 问题2:链式操作 \?$`dA [
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ;\N)RZ
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。 (6y[,lYH
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。 Z[ NO`!<
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。 ;S&PLgZ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct mp!S<m
m1 tYDZ"i
template < typename T > ab}Kt($
struct result_1 6`c5\G+
{ C`J> Gm
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Qkvg85
} ; J]!&E~Y
As}eI!
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: ?Iin/ <y
9wTN*y
template < typename T > jkQ%b.a
struct ref y[D8r Fw
{ f:\)oIW9Kk
typedef T & reference;
46^9O
5J
} ; Y94^mt-
template < typename T > ?M/H{
struct ref < T &> |Ix{JP"Lk
{ 3P.v#TEst
typedef T & reference; bwC~
} ; 'bd|Oww1u
s|`Z V^R
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: yd}1Mx
?rJe"TOIy
template < typename T > 8t)?$j$
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const PM?F;mj
{ K9HXy*y49
return l(t) = r(t); 5LX%S .CW
} !y$:}W?_
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 CE|iu!-4
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 aPwUC:>`D
_.{I1*6Y2
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 >1$vG
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: :Rroz]*
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 2Y7u M;8
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 N|rB~
最后的布局是: baO'FyCs9&
Add 9cnLf#
/ \ yrF"`/zv6|
Divide 5 SSAf<44e
/ \ hr/H vB
_1 3 0|}]=XN^
似乎一切都解决了?不。 "c5bz
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。 61 @;3yV
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。 pBxyq"z
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: W5^<4Ya!
${F4x "x
template < typename Right > +F4SU(T
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const jU9\BYUg
Right & rt) const )Jaq5OMA/
{ iLbf:DXK(
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); n/6qc3\5i
} |>~pA}
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 }T~}W8H
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 [S_qi,
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 iD${7
_
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。 X{u\|e{
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。 -z~;f<+I`
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? fEB&)mM
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: "g%=FH3e
ED;rp9(
template < class Action > _)U.5f<
class picker : public Action $`&zI