一. 什么是Lambda d
]LF5*i
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 l V[d`%(
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, fFG, ^;7-O
Y..
'n>,+,&
L4th 7#
class filler Fv n:V\eb
{ "*o54z5"
public :
y(M-
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} _I;+p eq
} ; )9sRDNr
& i,on6
i#I+
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: esCm`?qCP
;lqtw]4v
V=";vRS8
?2ZggV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); b-}nv`9C
>h3r\r\n3
)+]8T6~
N
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 q$vATT
cP[3p:
*2O4 *Q1
F.P4c:GD
二. 战前分析 4_3O?IY
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ^4@~\#$z
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 w*.q t<rH)
Yk',a$.S
]"SH
pq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2ye^mJ17
/* --------------------------------------------- */ w3lR8R]
vector < int *> vp( 10 ); )zK`*Fa
az
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); neW_mu;~Z
/* --------------------------------------------- */ "kC uCc
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); [jl'5l d
/* --------------------------------------------- */ Uf^zA/33
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); V|.3Z\(
/* --------------------------------------------- */ :O:Rfmr~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); DXPiC[g]
/* --------------------------------------------- */ ,: X+NQ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); /{pVYY
eto3dJ!R
9g3J{pKcZ
~YO-GX(
看了之后,我们可以思考一些问题: /60`"xH
1._1, _2是什么? g+8j$w}
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 HA%%WSuf
2._1 = 1是在做什么? j I
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 tjZ.p.IlG
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 %)[m bb
%MyA;{-F6
@MIBW)P<
三. 动工 jRN*W2]V
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 0raVC=[
U krqHHpy
W69
-,w/
l,Un7]*
template < typename T > JpN]j`
class assignment EL+6u>\-k
{ %V-\ |cw
T value; &.ZW1TxE8
public : "@!z+x[8
assignment( const T & v) : value(v) {} XHuY'\;-
template < typename T2 > g]|K@sm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } j""I,$t
} ; )5Yv7x(K
Z5juyzj
,)mqd2)+"
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 1Sox@Ko
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment BCV<( @c
,eq[X\B>
+5Z0-N@
o)'u%m
class holder $ wGDk
{ y'?|#%D
public : / G$8 j$
template < typename T > J<x?bIetj
assignment < T > operator = ( const T & t) const Q g=k@
{ z'a#lA.$}
return assignment < T > (t); G)\s{qk
} c;_GZ}8
} ; :+ksmyW
Tj@}O:q7:
GF5WR e(E
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: !=C4=xv
<)y44x|S'
static holder _1; (g,lDU[=
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 q+XL,E
v{Cts3?Br
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); }$u]aX<
而不用手动写一个函数对象。 .#R\t 7m%
"sF&WuW|
\KfngYD]W
\3dMA_5
四. 问题分析 KZO!
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。 ~Nf01,F
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。 dq%N,1.F
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 9_'xq.uP
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 b u%p,u!
下面我们可以对这几个问题进行分析。 QC0^G,9.
T[M?:~
五. 问题1:一致性 r{qM!(T
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?| DZ~w8v7V
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 BMU}NZA
<{m!.9g9
struct holder lbrob' '+
{ \FN"0P(G
// 21GjRPs\
template < typename T > G1M}g8 ]h
T & operator ()( const T & r) const ~k+"!'1
{ P0U=lj/b
return (T & )r; x8%Q TTY
} ?RGL0`Lg
} ; tr"iluwGc
>XP]NY}Po[
这样的话assignment也必须相应改动: i' J.c4
kRNr`yfN
template < typename Left, typename Right > 1\q(xka{
class assignment Sr~zN:wn
{ }Q_IqI[7
Left l; zsA6(?)u
Right r; %cG6=`vR
public : 9 m&"x/k
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} [P)'LY6F
template < typename T2 > y
%Get
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } W>eJGZ<
} ; XG
]yfux`
ju8tNL,J
同时,holder的operator=也需要改动: $K^"a
Z@&_ T3M
template < typename T > +B^/ =3P
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const aB<~T[H%h
{ B, nCx=\S
return assignment < holder, T > ( * this , t); x3>K{
} CF9a~^+%
qdh;zAMx
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 |J2_2a/"
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 a*hOT_;#
5%D:wS1
return l(rhs) = r; u7G@VZ Ux5
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 'vj45b
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: )hK5_]"lmj
%KNnss}
template < typename Tp > aKS
2p3
class constant_t HZCEr6}(
{ Z `O.JE
const Tp t; /%}+FMj
public : 0trVmWQ8
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} w=d#y
)1
template < typename T > 8lI#D)}
const Tp & operator ()( const T & r) const gbwKT`N*
{ DbJ:KQ!*
return t; .g DWv
} R'qB-v.
} ; _z\oDd`'
qu BTRW9
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Lx,"jA/
下面就可以修改holder的operator=了 l5Z=aW Q
n )YNt
template < typename T > cyA|6Ltg%
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const CeS8I-,
{ l_iucN
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 7^'TU=ss_
} 9>u2;
'Ls
v^y3r
同时也要修改assignment的operator() A=!&2(
}
IFZ$Y
template < typename T2 > z*ZEw
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 2\l7=9 ]\3
现在代码看起来就很一致了。 pl
Ii
KCJ zE>
六. 问题2:链式操作 1qbd6D|t
现在让我们来看看如何处理链式操作。 (7`goi7M
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。 'IBs/9=ZC
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。 Dk|S`3
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。 _IOeO
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct &+6XdhX
\c/jp5=}
template < typename T > k#R}^Q
struct result_1 %75|+((fC
{ znhe]&Fw
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ma@ws,H
} ; <M nzR
6#vD>@H
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: m'Z233Nt"
j]rE0Og
template < typename T > >4}+\ Q`S
struct ref
Bka\0+
{ _X;^'mqf~
typedef T & reference; LdI)
} ; 6[wej$u
template < typename T > ~[Mk QJxe
struct ref < T &> P~redX=t@
{ kU_bLC?>D
typedef T & reference; E:xpma1Qf
} ; nf+8OH7
$EW31R5h<s
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ].]yqD4P
kNUbH!PO
template < typename T > HKv:)h{?
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const QW6F24
{ dr^pzM!N
return l(t) = r(t); dm,7OQ
} ,$Qa]UN5Q
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。 QXishHk&
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 v3Tr6[9
4pV.R5:
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 tvP_LN MF
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ?'CIt5n+\{
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 pA"x4\s
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Namw[TgJ
最后的布局是: /u!I2DF
Add ,d)!&y
/ \ vrm[sP
Divide 5 K+dkImkh
/ \ AR`X2m '
_1 3 7A8jnq7m/
似乎一切都解决了?不。 eHF#ME
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。 I8gGP'
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。 eJilSFp1
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: 5g&.P\c{
r^ S4 I&
template < typename Right > WG NuB9R
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const E:4`x_~qQ
Right & rt) const uTA
/E9OY
{ yJWgz`/L
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 15r,_Gp8
} hdW",Bf'
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Kpz>si?CL
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。 )I 4d_]&
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。 N6cf`xye
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。 z!)_'A
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。 SWUHHl
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? wg^#S
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: _xI'p6C
qw&Wfk\}
template < class Action > {CR~G2Z
class picker : public Action i]Lt8DiRq
{ VxLq,$B76
public : (WR&Vt4R