一. 什么是Lambda z$7YC49^
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 )@eBe^
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, :FG}k Y
T~"tex]
oCy52Bm.!
+D?d)lK
class filler :N8D1e-a
{ @kvp2P+O
public : ez(4TtT
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} bIp;$ZHy`K
} ; ^+`vh0TPQ
t)cG_+rJ
,Lv}Xku
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: c::x.B"w
MF 5w.@62X
v^@L?{"}8
^l$(- #'y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); YD.3FTNGC
[ R~+p#l+Q
4bAgbx-^
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ,;/4E
NnHwk)'
#cdLg-v
n!eg"pL
二. 战前分析 ,9?'Q;20
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 V2g$"W?3
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 ljiq +tT
dC( 6s=4
!ox &`
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); bx6@FKns}
/* --------------------------------------------- */ T{uktIO/
vector < int *> vp( 10 ); @;rVB
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); /;OJ=x3i
/* --------------------------------------------- */ N"r ;d+LTL
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); '/sc `(`:0
/* --------------------------------------------- */ EAY9~b6~c
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); >E]*5jqU
/* --------------------------------------------- */ *r-Bt1
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ]G1j\ wnF
/* --------------------------------------------- */ uFok'3!g7%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); @J r
<U~P-c
tN
Q@$1!9m
hJ}G5pX
看了之后,我们可以思考一些问题: !?l 23(d
1._1, _2是什么? ;euWpE;E\#
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。 a@8knJ|
2._1 = 1是在做什么? 3_h%g$04s
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 z?
{#/
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 z9D2,N.
?5(L.XFm
Fn[~5/
三. 动工 qb" !
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: `Mjm/9+18
SQ.4IWT(hR
0I#<-9&d-
R(zsn;
template < typename T > wz,
\zh
class assignment #5H@/o8!s=
{ EXBfzK)a
T value; Etl7V
public : '@fk(~|
assignment( const T & v) : value(v) {} 26Yg?:kP
template < typename T2 > >)N#n`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } }2\"(_
} ; plf<O5'
JHQ8o5bEQp
@?1%*/
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 mD=?C
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment t&&OhHK
^M80 F 7
t%TZu>(1O
t
=*K?'ly
class holder c^bA]l^a
{ }!d}febk_
public : "(xS[i
template < typename T > .H>Rqikj
assignment < T > operator = ( const T & t) const S 5d{dTPq
{ Olno9_'
return assignment < T > (t); "~[Rwh?
} Gt1Up~\s
} ; t]` 2f3UO
q@\_q!
.Yf
h*
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: .U1dcL6
fC-^[Af)
static holder _1; p;5WLAF
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 RhJ<<T.2
D3K`b4YV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 6
%=BYDF
而不用手动写一个函数对象。 JxvwquI
tS9m8(Hr%Q
\
bhok
QB.7n&u
四. 问题分析 ]u,~/Gy
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 k N^)6
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 B.WJ6.DkS
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 u qyf3bK
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 {jVFlKP>
下面我们可以对这几个问题进行分析。 5{5ABV
=;`YtOL
五. 问题1:一致性 w %zw+E
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 6,7omYof
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Ya_6Zd4O
roA1=G\Q
struct holder OMZT\$9yT
{ 4tC_W!?$t
// g}D$`Nx:
template < typename T > N<{`n;
T & operator ()( const T & r) const BmM,vllO
{ 7^iAc6QSy3
return (T & )r; x L BG}C
} q)~qd$yMS
} ; `u}x:f !
#.><A8J
这样的话assignment也必须相应改动: 9?:S:Sq
nx4aGS"F:
template < typename Left, typename Right > \fhT#/0N
class assignment S?{5DxilO
{ ep?0@5D}]
Left l; '-vyQ^
Right r; Gw./qu-W
public : q>[% C5
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} {eXYl[7n
template < typename T2 > J
v#^GNm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Lm?*p>\Q
} ; G4}q*&:k
Q*8-d9C
同时,holder的operator=也需要改动: hG@ys5
g@2.A;N0
template < typename T > Z]Y4NO;
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ]Rye AJ3
{ AAW7@\q.
return assignment < holder, T > ( * this , t); |z'?3?,~
} j+9
S
R]Oy4U,f
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。 (*ng$zZ$
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 V\ "5<>+O
[!le 9aNg
return l(rhs) = r; 5\S7Va;W
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。 sV<4^n7
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: wb[(_@eZ
k)s 7Ev*
template < typename Tp > =5`@:!t7
class constant_t /)1-^ju
{ dO[4}FZ$
const Tp t; gp)ds^
public : `VsGa
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ;N\?]{ L
template < typename T > S:YL<_oI|
const Tp & operator ()( const T & r) const j 7URg>i0
{ q?L(V+X
return t; _);Kb/
} ?~.&Y
} ; ~N9-an
bY~ v0kg
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 'EV *-_k
下面就可以修改holder的operator=了 ^rwSbM$
lc-|Q#$3$
template < typename T > Bs?F*,zDJ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const |esjhf}H>v
{ fO^6q1a
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); QNXxpoS#
} 8~E)gV+v
;#9|l=
同时也要修改assignment的operator() K]8wW;N4
l*Ei7 |Z
template < typename T2 > BA-nxR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 14!J\`rI
现在代码看起来就很一致了。 =on!&M
%,et$1`g
六. 问题2:链式操作 3+3m`%G
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Y}uQ`f
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ~ fEs!hl
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 sRQh~5kM
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ok[=1gA#h
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct M7R&J'SAY
t3$gwO$
template < typename T > JF%=Bc $C
struct result_1 io7U[ #
{ C-u/{CP
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; kA!(}wRL
} ; K<6x4ha
':D&c
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 1:zu$|%7
/dt!J
`:
template < typename T > Pki4wDCTW
struct ref "GI&S% F
{ Ok~{@\
typedef T & reference; `?^w
} ; (V.,~t@
template < typename T > $sF#Na4^
struct ref < T &> e[mhbFf-
{ ,'CWt]OS'
typedef T & reference; 4V|z)=)A
} ; yM:~{;HLF
h#>L:Wf5E
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Hu8atlpo
F.pHL)37
template < typename T > 5`'=Ko,N
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 9C}aX}`
{ 4c[)}8\
return l(t) = r(t); t!~YO'<dS
} ^>8]3@ Nh
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 &17,]# 3
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 t"/"Ge#a
Xm:=jQn
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 iWM7,=1+
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: '0')6zW5s
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 %;(|KrUN
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 U@J/
最后的布局是: BX(d"z b<
Add ?ZHE8
/ \ ?h )3S7
Divide 5 I49l2>
/ \ {L4>2rF
_1 3 t 9n
似乎一切都解决了?不。 ]9&q'7*L
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 `3y!XET
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 (_qBsng:
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: gSr}p$N
uxC
template < typename Right > +GYMJK`S+
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const G:c8`*5Q
Right & rt) const 8#]7`o
{ J'ZFIT_>
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); SXBQ
} T]#,R|)d
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 zz 'dg-F
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。 vN,}aV2nq
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。 OKZam ik~
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。 5<O61Lgx
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。 HM@}!6/s
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? qSoBj&6y
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: ?Tc)f_a
o%+A<Ri
template < class Action > A_jB|<bjTP
class picker : public Action
sO6g IPU^
{ -[=AlqL
public :
AZy~Q9Kc
picker( const Action & act) : Action(act) {} -':"6\W
// all the operator overloaded noaN@K[GO
} ; Xh0wWU*
c[h'`KXJf-
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。 g/l0}%
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: &=z1$ih>2\
o7Cnyy#:
template < typename Right > lv00sa2z
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const F8S~wW=\w
{ ,dZ#,<
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^%oG8z,L
} LZQFj/,Jg
20/P M9
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > i|c`M/) h:
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&|Wvb=
K/wiL69
template < typename T > struct picker_maker X40la_[.
{ Fp5NRM*-!
typedef picker < constant_t < T > > result; @cu}3>
} ; ]@/^_f>D
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ;WvYzd9
{ MJ>Qq[0
typedef picker < T > result; uXQ7eXX
} ; I|F~HUzA"
Jcalf{W6
下面总的结构就有了: J-, H6u
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。 MdVCD^B
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。 84p[N8
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 $kkp*3{ot
至此链式操作完美实现。 |D;"D
vLnq%@x
Q(=Vk~v
七. 问题3 8K@"B
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。 B:3+',i1
l&6U|q`
template < typename T1, typename T2 > `R=a@DQ
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const {DEzuU
{ ZL-uwI!`D
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); vh|Tb5W<
} 5W[3_P+
IqhICC1V-
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: 7>PF ~=
CJMaltPp&
template < typename T1, typename T2 > t+=1 2{9;f
struct result_2 Ad]<e?oN=
{ ']d!?>C@o
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; T6h;Y
} ; 8zQ_xE
A*7Io4e!
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? L.09\1?.n
这个差事就留给了holder自己。 W{fULl
zG-_!FIn
Kk!6B
template < int Order > >a&