一. 什么是Lambda Mp)|5<%
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 {6brVN.V
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, }I
^e:,{
YV"LM6`
">rt *?^
Cswa5l`af
class filler @ )m9#F
{ jS'hs>Ot
public : hv8j$2m
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ^9xsbv
B0
} ; 8`;3`lZ
MRL,#+VxA
W!4xE
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: v m)'CC
HK!Vd_&9,
'w!8`LPu
&{(8EvuDd
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ~7"6Y]
~#V1Gunq
BRGTCR
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 iMXK_O%
SM8m\c
TCS^nBEE
+)QA!g$
二. 战前分析
=[G)
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。 5"8R|NU:\0
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 p:gM?2p1
E!v^j=h$u
]#Q'~X W
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); FAP1Bm
/* --------------------------------------------- */ hV>@qOl
'
vector < int *> vp( 10 ); et0yS%7+?@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); z]F4Z'(e.
/* --------------------------------------------- */ rkC6-9V
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); P
g1EE"N@
/* --------------------------------------------- */ AC9#!#
OGB
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); mB]Y;R<
/* --------------------------------------------- */ \J?5Kl[*c
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 4E.K6=k|=a
/* --------------------------------------------- */ Il,^/qvIY
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 5,1q%
b6~MRfx`7
{glRXR
&+>)H$5
看了之后,我们可以思考一些问题: 6
&)fZt
1._1, _2是什么? ."\&;:ZNv
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 5Pu
F]5
2._1 = 1是在做什么? )XAD#GYM
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 l#G }j^Q
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 #3o]Qo[Sc
13:0%IO
1F_ 1bAh$
三. 动工 B)`^/^7
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: &.t|&8-
;Z(~;D
hSyA;*)U
U?:<clh
template < typename T > IRW%*W#
class assignment J((.zLvz
{ 8{Id+Q>Vo,
T value; Sk 10"D B/
public : B[rxV
assignment( const T & v) : value(v) {} >o"3:/3
template < typename T2 > Ood'kAH1B
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ]kd )j
} ; wc5OK0|
VT&R1)c
hf1f
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 n\Y|0\ B
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment =w&<LJPJ
C4ut!I #
y~N,=5>j
K?o} B
class holder 4x
JOPu
{ 4SqZV
public : g)Byd\DS
template < typename T > +T@a/(Gl
assignment < T > operator = ( const T & t) const `kP
(2b
{ =7c1l77z
return assignment < T > (t); :
*Nvy={c
} hA81(JWG
} ;
ToHCS/J59
wGC)gW
t $+46**
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: OgTE^W@
Ur]~>-Z
static holder _1; LF~=,S
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 O/(qi8En
3e g<)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $I7/FZP
而不用手动写一个函数对象。 3T3p[q4
{&Fh$H!
wZECG-jr/
b:}`O!UBw
四. 问题分析 C||A[JOS
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。 G'<J8;B*
t
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。 .bYDj&]P{
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 &!{wbm@
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ~OXC6z
下面我们可以对这几个问题进行分析。 PIuk]&L^
>_biiW~x :
五. 问题1:一致性 qK4E:dD
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?| .wD>0Ig
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 #(53YoV_8
"kKIVlC
struct holder O]n"aAu@
{ qYW{$K
// ogX'3L
template < typename T > 4><b3r;T'
T & operator ()( const T & r) const PomX@N}1
{ 6?0^U 9
return (T & )r; 22|f!la8n
} ~7!J/LHg
} ; pQxaT$
=De%]]>
这样的话assignment也必须相应改动: g]V}azLr
ZpHT2-baVe
template < typename Left, typename Right > dy jzF`H
class assignment W&]grG2/
{ ~4wbIE_rN
Left l; ;C%D+"l1g
Right r; ZbYwuyHk(3
public : 1WPDMLuN
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} }`$:3mb&f
template < typename T2 > aho;HM$hjP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Wx&AY"J
} ; p1HU2APFP
j$#pG
同时,holder的operator=也需要改动: 'f<0&Ci8
8 F'i5i
template < typename T > k3[
~I'
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const "RH2%
{ _VR Sdr5
return assignment < holder, T > ( * this , t); !GMb~
} -pj&|<
h+9
2F3IC
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Mz<4P3"H
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 I<.3"F1}
, {7wvXP
return l(rhs) = r; F]W'spF,
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 YF@'t~_Z
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: !>/U6h,_
HB\y [:E
template < typename Tp > !cLX1S
class constant_t iLy}G7h
{ UUv&X+Y
const Tp t; v I]|
W
public : r]km1SrS
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} A5Yfm.Jy
template < typename T > 2"nd(+QH
const Tp & operator ()( const T & r) const SPL72+S`,
{ (]>c8;o#b
return t; 6Pl$DSu
} 'M+iVF6
} ; !1dCk/D&)8
zb~!>
QIz{
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 d> Y9g
下面就可以修改holder的operator=了 -<}_K,Ky`
qSMSTmnQ
template < typename T > El0|.dW
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Og%qv
Bj 6
{ K|Std)6
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); /wI$}X5o~
} p0uQ>[NV0
0<Px2/
同时也要修改assignment的operator() V_!hrKkL
Gy
'l; 2
template < typename T2 > 1c,$D5#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Hbx=vLQ6
现在代码看起来就很一致了。 B4GgR,P@S
~tDV{ml
六. 问题2:链式操作 kwK<?\D
现在让我们来看看如何处理链式操作。 %|o4 U0c
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。 of8/~VO
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。 UBi0
/
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。 +|Xx=1_?BK
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct %`HAg MgP
h5x FP
template < typename T > pF#nj`L
struct result_1 3Zdkf]Gh
{ >va#PFHA
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; w^NE`4 -
} ; `>'E4z]-_
HlPf
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: N(]6pG=
'wLQ9o%=p|
template < typename T > ^{-J Y
struct ref c5<M=$
{ g-meJhX%
typedef T & reference; Am!$\T%2
} ; ~0|Hw.OK
template < typename T > ,#UaWq@7
struct ref < T &> Tw`^
{ JpxJZJ
typedef T & reference; U9IN# ;W
} ; Cz
Jze
me$7\B;wy
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: :^1 Xfc"
1'R]An BV
template < typename T > P$N\o @
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const e[yk'E
{ L=VJl[DL
return l(t) = r(t); ]U! ?{~
} Bh"o{-$p8`
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。 ,F.\ z^\{
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 $=TFTSO
)O"5dF1l
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 ^4O1:_|G
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: /{d7%Et6
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 fZ]Y
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 V3xC"maA@
最后的布局是: d5\w'@Di
Add c@~\ FUr
/ \ 7z)Hq./3@
Divide 5 *rK}Ai
/ \ w8kp6_i'
_1 3 7\rz*
似乎一切都解决了?不。 =\ iV=1iB
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 6^s=25>p
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 :7<spd(%"
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: D^]7/w:$-
.4Jea#M&x
template < typename Right > +S5"4<
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const \d2Ku10v[
Right & rt) const ; ob>$ _
{ gb|C592R5C
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); w{UVo1r:
} fl!8 \4
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 g[0b>r7
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。 ib0M$Y1tIS
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 -{>JF
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 u=5&e)v3
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 {l%Of
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? ,H2[["1DH
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: [:
81O`#DfZ
template < class Action > 5yI_uQR
class picker : public Action 'mp@!@_
{ 8Sd<!
public : 6FiI\
picker( const Action & act) : Action(act) {} !0CC &8C`
// all the operator overloaded #pErGz'{
} ; `6)GjZh^
WOrz7x
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 )AEJ`xC
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: G ?jKm_`L
PF2PMEBx!
template < typename Right > M^AwOR7<
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 3E$M{l
{ %(MaH
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 6.ASLH3#
} IC{\iwO/~c
U}~SY
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Jajo!X*Wai
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。 *8M0h9S$
<kN4@bd;
template < typename T > struct picker_maker Fo=Icvo
{ F"1)y>2k
typedef picker < constant_t < T > > result; R?b3G4~
} ; >\y|}|?
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > e;GLPB
{ S}f3b N
typedef picker < T > result; rG|lRT3-K
} ; {?!=~vp
)y4bb^;z
下面总的结构就有了: ON.C%-T-
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。 3gV
17a
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。 XZD9vFj1Z
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。
$A]2Iw!&
至此链式操作完美实现。 @E
%:ALJ
T"xq^h1\
*pK bMG#
七. 问题3 8/F}vfKEN
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 +!h~T5Ck
{+%|nOWV
template < typename T1, typename T2 > Z0uo.
H@.N
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const }^U7NZn<"
{ %N$,1=0*
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); D!Pv`wm
} @/FE!6 |O
y.(Yh1
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: 2fFZ70Yh
n}/?nP\%
template < typename T1, typename T2 > Ezsb'cUa(
struct result_2 E}LuWFZ&
{ 6<X.]"u+E~
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; %Hx8%G!
} ; _uwM%M;
1BK!<}yI{
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? h+=xG|1R[5
这个差事就留给了holder自己。 v EppkS U1
N3O3V5':!
v|fA)Ww
template < int Order > ;,2i1m0"
class holder; b* k=
template <> _/(DEF+G
class holder < 1 > TgMa!Vz
{ g@0<`g
public : HY-7{irR~
template < typename T > ZeM~13[
struct result_1 [d
30mVM
{ }MQNzaXY^
typedef T & result; ere h!
} ; T'_#Dwmj*
template < typename T1, typename T2 > =h5&:?X
struct result_2 KYa}k0tVAp
{ Q+@/.qJ
typedef T1 & result; `W>cA64 o
} ; z ntvKOIh
template < typename T > .)=T1^[hI
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const jB)RvvMU5
{ &U*MLf83`
return (T & )r; a7$-gW"Z(,
} [bM$n
m
template < typename T1, typename T2 > ,w-=8>5lrj
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ^u2unZ9BK!
{ "#}Uh
return (T1 & )r1; Q1f)uwh
} = VIU
} ; 2L!s'^m-
?R-4uG[(
template <> bd|ZhRsL
class holder < 2 > ox:m;-Ml?_
{ pHKcKqB*13
public : <[.{aj]QV
template < typename T > c{.y9P6
struct result_1 ByyvRc,v
{ mnzB90<
typedef T & result; E~}@56ER}
} ; P+ejyl,
template < typename T1, typename T2 > #h=pU/R
struct result_2 a|}v?z\
{ @S?`!=M
typedef T2 & result; /Ne;Kdp
} ; $ljzw@k
template < typename T > Nm{|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const {ovt
6C
{ b'AA*v,b
return (T & )r; /UWv}f
0
} 5>r2&72=
template < typename T1, typename T2 > r?9D/|`
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const S<*h1}V3/
{ m8}c(GwcP
return (T2 & )r2; J|$UAOEDa
} 8O^<