一. 什么是Lambda 6;JlA})
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 '
];|
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, 5
5$J%;&
)HaW# ,XB
m :M=De
-OvzEmI"
class filler w-2?|XvDmf
{ .(2Zoa
public : VMa\?`fT
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} bUcq
LV
} ; 3W<_J_[
[\41
NG)Xk[q4
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: y9/x:n&]
9hbn<Y
a,>`ab%>
Q^p>hda
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); },tN{()
HutwgPvy
Imv]V6"D=
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 J%|n^^ /un
gk-g!v&
e<.O'!=7Y
reO^_q'
二. 战前分析 RWfC2$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。 \DDRl{
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|q} z /
CVa?L"lK
U&PwEh4uG
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ggQB Q/ L
/* --------------------------------------------- */ $N@EH;{_0
vector < int *> vp( 10 ); ~a5-xWEZ
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); F4o)6+YM
/* --------------------------------------------- */ O|ODJOQNol
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); E;*JD x
/* --------------------------------------------- */ 0\/cTNN
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 7QnQ=gu
/* --------------------------------------------- */ h#EksX
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); DrY5Q&S
/* --------------------------------------------- */ 2%i3[N*
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ,o?yS>L_r
=x QLf4>
\R}`S`fIw`
rhr(uCp/
看了之后,我们可以思考一些问题: v \xuq`
1._1, _2是什么? x!@ 3.$
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。
B#Q=Fo 6
2._1 = 1是在做什么? Lt<KRs
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。 XFS"~{
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。 <E&[sQ|3
~WKcO&
94Hs.S)
三. 动工 "{1SDbwmMo
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: q.GA\o
+DpiX&^h
df'xx)kW
3Mlwq'pzD
template < typename T > M@wQ6ow
class assignment "i5Rh^
{ fc,^H&
T value; zA<Hj;9SM
public : <D1>;C
assignment( const T & v) : value(v) {} O]/BNacS
template < typename T2 > rB<za I\V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } N.l\2S}
} ; DqQ+8 w
<}vult^
#("/ 1N6
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 l&2 }/A
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment
n}f*>Mn
mqIcc'6f
Y,
?- []
ruf*-&Kr7
class holder 3%J7_e'
{ DXH"`1[-
public : aYC[15?'
template < typename T >
wv6rjg:7
assignment < T > operator = ( const T & t) const CSBk
{ <gtqwH]
return assignment < T > (t); G\I DgPj`
} s/"l ?d
} ; / }tMb
?F!='6D}b
}2 X"
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: n>5/y
c"/q
i#RT4}l"a
static holder _1; <z2*T \B!8
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 #$dk
MU-T>S4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); X
/
{;
而不用手动写一个函数对象。 LYV\|a{Y
6Z,j^: B
ryKc7<
a-9Y U
四. 问题分析 >h>
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 Zd Li<1P*d
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 1638U1
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 HpQuro'Qh
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 /2&:sHWW
下面我们可以对这几个问题进行分析。 chQCl3&e^
Cxt_QyL?
五. 问题1:一致性 "y5LojdCs
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| -9(9LU2
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 .]IidsgM
SZ*Nr=X
struct holder P%nN#Qm
{ lZI?k=rWv
// m%[Ul@!V
template < typename T > :I)WSXP9h
T & operator ()( const T & r) const =;!$Qw4
{ jJ B+UF=
return (T & )r; =MP?aH
[
} T*'?;u
} ; %~$P.Zh
>3J?O96|f
这样的话assignment也必须相应改动: >w}5\4j
E/Ng
template < typename Left, typename Right > B>!OW2q0D
class assignment Z}E.s@w
{ i`F8kg`_K
Left l; #$ Q2ijT0
Right r; W
^MF3
public : ='p&T|&
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} UmC_C[/n?
template < typename T2 > 2VY.#9vl
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } m&36$>r=
} ; s>VpbJ3S
~Ip-@c}'j
同时,holder的operator=也需要改动: OZ'=Xtbn
7H~J?_
template < typename T > ap7ZT7KW
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const a'U}.w}
{ ,$xV&w8f\"
return assignment < holder, T > ( * this , t); )T_o!/\*|*
} Jh)x_&R&Q
[;E~A
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。 82z\^a
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 M
yvyp
Q`Z=}^
return l(rhs) = r;
GW[g!66^
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。 t[yu3U
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 0j--X?-
pm.Zc'23
template < typename Tp > x?*)
class constant_t YKk*QcAn
{ VPAi[<FzOG
const Tp t; 2(<2Gnpl
public : !pwY@}oL
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} }\s\fNSQ/
template < typename T > h:J0d~u
const Tp & operator ()( const T & r) const hyPVt6Gkj
{ v *pN~}5
return t; &ml7368@
} =[7[F)I~O
} ; DF>LN%a~
]V4Fm{]
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 p;P"mp\'
下面就可以修改holder的operator=了
,'KS:`m!
?c$z?QTMJ
template < typename T > [nx
OGa2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Xv~v=.HNhk
{ L7}dvdtZ0
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); d5hYOhO[
} &m8#^]*
[#}0)
同时也要修改assignment的operator() G1vg2'A
FM80F_G^z
template < typename T2 > [X"F}ph
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } feI%QnK)U
现在代码看起来就很一致了。 TH%J=1d
3.c0PRZ
六. 问题2:链式操作 Bc^%1
现在让我们来看看如何处理链式操作。 9Ez>srH(
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 e)#O-y
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 /p&V72
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Q^|ZoJS
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct mHiV};$
S1!X;PP/
template < typename T > H;eGBVi
struct result_1 g ss 3e&
{ e?V7<7$
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; TVVr<r
} ; ^iHwv*ss
t,f)!D$
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: ;F/yS2p
5 }pn5iI
template < typename T > ]I+"";oQGB
struct ref
d&@>P&AT
{ lVw77bZ
typedef T & reference; ;aY.CgX
} ; MPtn$@
template < typename T > d"P\ =`+
struct ref < T &> N>+s8L.?
{ G[pDKELL
typedef T & reference; 8BHtN
} ; Tx+Bkfj
Ci}v +
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: +i@r-OL
2$fFl,v!z
template < typename T > &J
<k m
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const
C,;hNg[
{ ]z%X%wL
return l(t) = r(t); 5Dhpcgq<<
} {D6E@a
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。 kwcH$w<I
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 )}G?^rDH(
0c$0<2D%
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 0B o7EV
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 6c?;-5.
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 U:a-Wi+
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 5*q!:$
W
最后的布局是: FLqF!N\G
Add L$Uy
/ \ :skNEY].
Divide 5 V[w Y;wj
/ \ %y{f]m
_1 3 ':mw(`
似乎一切都解决了?不。 T~238C{vh
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 o9j*Yz
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 [\Ks+S
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: &yQilyU{V
o:p6[SGd
template < typename Right > {N \ri{|
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 9(\eL9^
Right & rt) const yX {CV7%O
{ WeqE9@V
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 'T
'&OA
} iEA$`LhO\A
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 )YKnFSm
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。 Xf4
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。 #dvH0LX?
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。 o|tq&&! <
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。 qHGwD20 ~
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? /|kR=
~
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: ^-*q
l@h|os
template < class Action > MM+xm{4l
class picker : public Action &gDwsW
{ Ew&pwsQ
public : $,mljJSQv
picker( const Action & act) : Action(act) {} GH6 HdZ
// all the operator overloaded 4;rt|X77
} ; JTw< 4]
vM.Y/,7S
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 _7)>/YK?}4
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: B"07:sO
8|Q=9mmWOh
template < typename Right > j56#KNAha
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const :c*_W
/
{ _F2R
x@Y
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); U)f;*{U
} d(=*@epjR
MRI`h.
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > s_/a1o
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 e[Tu.$f-
lj U|9|v
template < typename T > struct picker_maker w ,6zbI/
{ 5i<E AKL
typedef picker < constant_t < T > > result; p#]D-?CM)
} ; E`"<t:RzF
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > c}QWa"\2n
{ lBYc(cr
typedef picker < T > result; feSj3,<!
} ; \V1geSoE
4
8}\
下面总的结构就有了: $N}nO:`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。 ZFJqI
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。 o'Uaz*-po
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 _3;vir%)
至此链式操作完美实现。 Epl\(
K5h2 ~
|4slG
七. 问题3 LNA5!E
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。 _gLj(<^9
U= Gw(
template < typename T1, typename T2 >
MeP,8,n'
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ".Z1CBM(
{ <kmH^viX
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); (= T%eJ61
} ytWTJ>L
M6j!_0j
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: S4salpz
'l&),]|$)
template < typename T1, typename T2 > &e-MOM2&
struct result_2 #Yqj27&
{ .# Jusd
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 5>S<9A|Q
} ; hB!>*AsG
l2&s4ERqSm
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? VJ8"Q
这个差事就留给了holder自己。 ]1^F
_#SCjFz
M<%g )jn_
template < int Order > f4b`*KGf
class holder; snH9@!cG8
template <> 77]6_
class holder < 1 > HW@r1[Y
{ )Rlh[Y& r
public : 1 m>x5Dbk!
template < typename T > ^z _m<&r
struct result_1 # },4m
{ kT=KxS{
typedef T & result; 1luRTI8^
} ; }Qqi013E L
template < typename T1, typename T2 > &>YdX$8x
struct result_2 ;PA^.RB
{ [yEH!7
typedef T1 & result; C{5bG=Sg~
} ; M%vZcP
template < typename T > @[s+5_9nk
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Yp;6.\Z8[
{ k*U(ln
return (T & )r; ,drcJ
} tn\PxT
template < typename T1, typename T2 > ;7HL/-
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const C<T)'^7z
{ >$g+Gx\v4
return (T1 & )r1; |)4aIa
} 2JMMNpya
} ; /_?y]Ly[r
ZJod=^T
template <> 4)DI0b"
class holder < 2 > 88}=VS
{ z0v|%&IK