一. 什么是Lambda W}XYmF*_?
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 tx0Go'{
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, BrJ
o!@<
J ;UBnCg
q]6_rY.
I#U>5"%\a
class filler 2'wr={>W
{ Gz>Lqd
public : |1(rr%
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} EJZ@p7*Oj
} ; M%$DT
g ?afX1Sg
JFM"ii{8
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: >[ ug
zJ
v@8S5KJ
L
42|>%uo
_+twqi
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 60GFVF]'2
{~"7vkc+
{r={#mO;p
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 E@w[
A7k'K4
O)`fvpVU
Bx(yu'g|a
二. 战前分析 ! FNf>z+
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 5x8'K7/4.
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 Tu]&^[B('
Y4mC_4EU
`gBD_0<T7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); fO].e"}
/* --------------------------------------------- */ ]7a;jNQu
vector < int *> vp( 10 ); [6D>f?z
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); FU%~9NKX
/* --------------------------------------------- */ GR,J0LT
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ?75\>NiR
/* --------------------------------------------- */ dQ: ?<zZ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ]o-Fi$h!
/* --------------------------------------------- */ 7zD- ?%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); * R%.a^R
/* --------------------------------------------- */ &Hv;<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); AD^X(rW
coDjL.u
4d!S#zx
Hu[]h]
看了之后,我们可以思考一些问题: 3bWum
1._1, _2是什么? xE%O:a?S
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。 OI+E
(nA
2._1 = 1是在做什么? wL;]1&Qq
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。 wGPotPdE2
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。 (nLKQV 1
tG/aH% 4S
?^|QiuU:n
三. 动工 D%-{q>F!gf
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: tqK=\{U
D9~}5
OCCEL9d
EYG"49
c
template < typename T > TMK'(6dH
class assignment yI8 SQ$w0y
{ =f>HiF
T value; B={/nC}G~
public : kl"
]Nw'C
assignment( const T & v) : value(v) {} -Q#o)o
template < typename T2 > HOfF"QAR$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } qNpu}\L
} ; N[pZIH5ho=
jZRh KT
KxY$PgcC
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 e#.\^
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment E#8_hT]5
gI)u}JX
+ 3h`UF
"%VbI P
class holder V]rhVMA
{ ;1v=||V
public : hyfR9~
template < typename T > _?.\Xc
assignment < T > operator = ( const T & t) const Pey//U
{ iNQ0p:<k
return assignment < T > (t); 22>;vM."
} m%pBXXfGYj
} ; 3L>d!qD
Ox^:)ii
3YW=||;|Yg
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: p#bhz5&/
%nWe,_PjD
static holder _1; [ByQ;s5tY
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 z>G;(F2
&'s^nn]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 8V-,Xig;`
而不用手动写一个函数对象。 $Z ]z
>B_n/v3P(M
,t1vb3
A[`G^$
四. 问题分析 4}i*cB`
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。 H-(q#?:
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。 )Vg2Jix,]
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 gz;&u)
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 4O(@'#LLz
下面我们可以对这几个问题进行分析。 # ORO&78
Rn-G
@}f
五. 问题1:一致性 1}}>Un`U5,
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?| t,h{+lYU
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Cp^g'&
wz#A1F
struct holder z1vw'VT>
{ Ql &0O27
// `4V"s-T'
template < typename T > ^/dS>_gtHv
T & operator ()( const T & r) const !,Nwts>m
{ 0I5&a
return (T & )r; v0#*X5C1'
} {oUAP1V^
} ; JO=1ivZl
h%TLD[[/jr
这样的话assignment也必须相应改动: .wy$-sG81
WDkuB
template < typename Left, typename Right > 44HiTWQS?l
class assignment .'1SZe7O
{ /ZW&0E
Left l; _9@ >;]
Right r; >.<ooWw
public : YTQps&mD.
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} J -V49X#
template < typename T2 > "'a* [%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ]\Xc9N8w
} ; Gf0,RH+
u[")*\CP
同时,holder的operator=也需要改动: S@xXq{j
pzhl*ss"6
template < typename T > nNaXp*J
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const RV+E^pkp$
{ u1Ek y/e-
return assignment < holder, T > ( * this , t); .<#ATFmY
} 7LCp7$Cp
]6&$|2H?Ni
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。 tHh HrMxO
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 c#lPc>0xb
-.iNNM&a
return l(rhs) = r; |cDszoT
/
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。 0q,pi qjO
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: I
:)W*SK
k1='c7s
template < typename Tp > Y]N,.pv=
class constant_t hat>kXm2K
{ `uo,__y
const Tp t; ;AIc?Cg
public : y&oNv
xG-
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} sbo^"&%w
template < typename T > WR#0<cz(
const Tp & operator ()( const T & r) const PB53myDQ
{ XIAeCU
return t; Quzo8u
} p $ouh
} ; lA^+Flh
{6G?[
`&ca
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 'O?~p55T
下面就可以修改holder的operator=了 jb[!E^'&>
`/n M[
template < typename T > z0bJ?~w,
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const @;:>G A
{ gSt`%
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); uD9|.P}
} *7$P]
55Gtp\L
同时也要修改assignment的operator() z42F,4Gk
7&B$HZ
template < typename T2 > LL*mgTQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } bAwl:l\`
现在代码看起来就很一致了。 Q_p[kK H
? _g1*@pA
六. 问题2:链式操作 hhI)' $
现在让我们来看看如何处理链式操作。 jrMe G.e=D
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。 :+rUBYWx
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。 O+~ 7l?o
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。 6#e::GD
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct lfN~A"X
JC#>Td
template < typename T > .S?pG_n]f
struct result_1 #1.YKo
{ )G1P^WV4
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; :5fAPK2r<
} ; l2jF#<S@
k\`S
lb1
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: :6{`~=
)|bC^{kH!l
template < typename T > nV_8Ke
struct ref d3;qsUh$yv
{ V5`^Y=X(%
typedef T & reference; &M/>tEZ)
} ; I+(/TP
template < typename T > Vz=auM1xZ
struct ref < T &> eH%RNtP`
{ OJAIaC\
typedef T & reference; EZDy+6b
} ; 8,"yNq
x_#-tB
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Tr&M~Lgb)
{aYY85j
template < typename T > SHVWwoieT
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const BX+.0M
{ _-TA{21)
return l(t) = r(t); BB$oq'
} tw=oH9c80
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。 lfZ04M{2
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 gB'fFkd
M]]pTU((
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 @`36ku
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 4qi[r)G
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 [K/m
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 tWeFEVg
最后的布局是: 0\9K3
Add o=J9
/ \ }J:+{4Yn
Divide 5 5N[9
vW
/ \ Z;l`YK^-
_1 3 [U@;\V$
似乎一切都解决了?不。 _ *f
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。 ``VW;l{
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。 RoGwK*j0+
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: W,^W^:m-x
q@hzo>[
template < typename Right > K14^JAdY/
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const [BBEEI=|r
Right & rt) const EZ;"'4;W
{ I
pzJ#
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); KnhoaBB
} \%Ves@hG>
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ew _-Eb
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。 YKmsQ(q`N
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。 /H7&AiA