一. 什么是Lambda cij]&$;Q
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 N>W;0u!
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, 7C,<iY
r{;VTQ
~*,Ddwr0a
uD0(aqAZ
class filler DctX9U(
{ x9FLr}e
public : ?0 KiR?
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} E7d~#
} ; 48*Oh2BA
y@2vY[)3s
_RA{SO
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: ^?sSsHz
=H.<"7
[="g|/M)
Qd&d\w/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); :V5!C$QV
k'WS"<-
PU]7c2.y
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 qY*%p
T_5*iwI
m M\!4Yi`7
>uP{9kDm
二. 战前分析 V{a}#J
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。 !.tL"U~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 &"~,V6,q
[FeJ8P>z
mlsvP%[f.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); gavQb3EP
/* --------------------------------------------- */ p3,(*eZ
vector < int *> vp( 10 ); n;S0fg
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); L:k@BCQM
/* --------------------------------------------- */ 7>W+Uq
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); x0AqhT5}
/* --------------------------------------------- */ O|^6UH
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); FEm1^X#]
/* --------------------------------------------- */ >h/)r6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); h^[ppc{Z
/* --------------------------------------------- */ <.?^LT
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); z Et6
F|
,Vw{
;ZE<6;#3IP
O;&yA<
看了之后,我们可以思考一些问题: RpaA)R,
1._1, _2是什么? $@ T6g
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。 qw
Kh,[]
2._1 = 1是在做什么? gOES2
4$2
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ATXx?
b8h
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ?=|)n%
fxtYo,;$
m\}\RnZu
三. 动工 =oKPMmpCZ
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Bcd0
Hm8EYPrJ
;k63RNT,M&
]
fwTi(4y
template < typename T > pO 7{3%
class assignment 4/mj"PBKL
{ f4aD0.K.g|
T value; F_M~!]<na
public : Xx9~
assignment( const T & v) : value(v) {} ~YT>:Np
template < typename T2 > (`uC"M Lk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } o<Rxt
*B
} ; c-3Y SrY
-V<=`e
4%c7#AX[T
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 B9;,A;E};
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Y+PvL|`O
?SsRN jeL
ek0;8Ds9
x/jN&;"/
class holder AIRVvW~($
{ :'^dy%&UB
public : +2k|g2
template < typename T > D .oS8'
assignment < T > operator = ( const T & t) const ?XTg%U
{ |]2eGrGj4
return assignment < T > (t); /S=;DxZ,r
} 2}xFv2X
} ; |Z^c#R
s_Ge22BZ
1+PNy d
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: E#HU?<q8
_>:=<xyOq
static holder _1; T$8$9D_u
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 :BZx)HxQ
qzU2H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ;Cp/2A}Xx
而不用手动写一个函数对象。 M@LaD 5
N-?|]4e/
:0TSOT9.
xx`8>2T#e
四. 问题分析 3K'o&>}L
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 me}Gb a
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 dO4U9{+
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 c_8 mQ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 iHG:W wM &
下面我们可以对这几个问题进行分析。 BoiIr[ (
kvO`]>#;$?
五. 问题1:一致性 %N_S/V0`
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?| (=&bo p
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 J/P@m_Yx
Iz$W3#hi
struct holder J'Mgj$T $
{ 5)zh@aJ@
// .]P;fCQmM
template < typename T > |EEz>ci
T & operator ()( const T & r) const S
bqM=I+
{ '>WuukC
return (T & )r; YvP"W/5
} Qmc;s{-r;
} ; .Mft+,"
`\u),$
这样的话assignment也必须相应改动: m=y,_Pz>U
z1KC$~{O
template < typename Left, typename Right > u{lDof>
class assignment z?) RF[
{ v.^
'x
Left l; $X\`
7`v
Right r; &u`rE""
public : #?|1~HC
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 'hHX"\|RA
template < typename T2 > 2Q_{2(nQb
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } GHsdLe=t0#
} ; !vo '8r?&
; dHOH\,:
同时,holder的operator=也需要改动: g#<?OFl
=
]HJa
template < typename T > ZzaW@6LJF
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const -0J<R;cVs
{ j]F3[gpc
return assignment < holder, T > ( * this , t); E?5B>Jer#
} Q_|S^hxQ
uM!r|X)8
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Va[dZeoy
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 <Phr`/
{^O/MMB\\%
return l(rhs) = r; cM'[;u
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 }PD(kk6fX
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: w0%ex#lkm
J<:D~@qq
template < typename Tp > :bF2b..XOu
class constant_t ,xM*hN3A
{ 3'@jRK
const Tp t; @KRn3$U
public : ^0?cyv\>LA
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} )^2jsy
-/
template < typename T > QR"O)lP
const Tp & operator ()( const T & r) const n_NG~/x
{ 27i<6PAC[A
return t; NTX+7<
} ]be2jQx3
} ; \c^jaK5
O
NzdCgY
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 (V%vFD1)
下面就可以修改holder的operator=了 X!HSS/'
k)t8J \
template < typename T > 2
]6u
Be
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 2X|jq4
{ .B-,GD}
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0+`*8G)
} !F s)"?
zSufU2
同时也要修改assignment的operator() +A3\Hj&W
szs3x-g
template < typename T2 > :qKY@-t7H
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 00x^zu?N
现在代码看起来就很一致了。 Q2WrB+/
8}b[Q/h!
六. 问题2:链式操作 ~=]@],{
现在让我们来看看如何处理链式操作。 b6M)qt9R
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。 mztq7[&-
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。 iK0J{'
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。 >bP7}T
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct a_MnQ@
(zODV4,5k`
template < typename T > |y=F (6Z
struct result_1 ba:^zO^
{ %SFR.U0}yK
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; wq`Kyhk
} ; s|`)'
Y-k~ 7{7
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: `%:(IGxz
W
9MZ
template < typename T > m&c(N
struct ref zC;lfy{f=
{ e[o
;l
typedef T & reference; ,+evP=(cX
} ; p%_
:(
template < typename T > 3Ya6yz
struct ref < T &> 'UCx^-
{ Gf.o{
typedef T & reference; JU+'UK630
} ; KftM4SFbK
Pu*UZcXY
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: |VF"Cjw?
X,CFY
template < typename T > f=Y9a$.:M
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Pt;Ahmi
{ RIx6& 7$
return l(t) = r(t); !9OgA
} ()JDjzQT
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。 k}qiIMdI
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 hvZR4|k>
HaUo+,=
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 %E_{L
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: n:] 1^wX#
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 =x]dP.
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 rs+37
最后的布局是: IcA~f@
Add eZ$1|Sj]j
/ \ m(]IxI
Divide 5 \,t<{p_Q
/ \ xGk4KcxKs
_1 3 Lwk-
似乎一切都解决了?不。 S3wH
M
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 EOC"a}Cq-
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 >*CK@"o
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: #C}(7{Vt
7?#32B
Gr
template < typename Right > 54%}JA][
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const JFdzA
Right & rt) const [)u{ -
{ :E*U*#h/
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); NWj@iyi<
} C
=U4|h ~W
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 KHiJOeLc
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 OO>2oH
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 pBLO
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 5,Zn$zosJC
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。 Wno5B/V
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? %Ski5q
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: H:6$)#
0k [6
template < class Action > nsk
6a
class picker : public Action h65j,v6B
{ 8?XZF[D
public : #CmBgxg+M
picker( const Action & act) : Action(act) {} |e>-v
// all the operator overloaded W^f#xrq>
} ; TVA1FD
O6]~5&8U.
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 1O4"MeF
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 0
HmRl
;\N*iN#K
template < typename Right > HxaUVg0
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const z^.0eP8\j
{ y
rk#)@/m
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); flqTx)xE
} pJ[Q.QxU
`Fj(g!`
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > nCU4a1rZ
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 ~@lNBF
F04Etf
2k
template < typename T > struct picker_maker R8l9i2
{ xJCpWU3wM
typedef picker < constant_t < T > > result; xTT>3Fj
} ; xFZq6si?
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > s? Kn,6Y
{ }T,uw8?f!
typedef picker < T > result; CggEAi~
} ; O;2 u1p'iP
b3+PC$z2h
下面总的结构就有了: S6]':
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。 1oPT8)[U
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。 >q`X%&l_
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 "dOzQz*E
至此链式操作完美实现。 eAMT7 2_
zKNk(/y
`Nj|}^A
七. 问题3 $$a"A(Y
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。 s><co]
AM>:AtY
template < typename T1, typename T2 > JFZ p^{
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const P*>V6SK>b
{ -g0>>{M'
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); {\B!Rjt[T
} %[J( ,rm
|{
kB`
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: q`P:PRgM
`f'P
template < typename T1, typename T2 > <mN3:G
struct result_2 iX=*qiVX
{ Qxwe,:
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 5WUrRQ?E
} ; C7{w I`~
x+pFu5,
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? y_6HQ:
这个差事就留给了holder自己。 Y*Pr
nFqMS|EN
LdOB[W
template < int Order > Dng^4VRd
class holder; >qE$:V"_5
template <> t`Sh!e
class holder < 1 > U&6f}=vC
{ [#:k3aFz
public : Ev%\YI!MaY
template < typename T > <