一. 什么是Lambda kB?Uw#
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 WK#c* rsij
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, ),,0T/69+9
dF&@q,
DEPsud ;
(nkiuCO
class filler Cpn!}!Gnf
{ oB<!U%BN
public : qus%?B{b}
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ubKp
P%Z
} ; i:&$I=
e=!sMWx6
P#:n Xc$
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: 9*s:Vff{
+wEsfYW
eS%8WmCV9<
fG@]G9Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ]P_yN:~
##"
Hui
h5n@SE>G
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _GoFwVO
T0o0_R
,{'ZP_
^C2SLLgeJ
二. 战前分析 QqC-ztz
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。 $m-@ICG#
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 6,l5Q
gd0a,_`M
\Jwc[R&x
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 02[*b
/* --------------------------------------------- */ TD/ 4lL~(x
vector < int *> vp( 10 ); [.;I}
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ayg^js2,
/* --------------------------------------------- */ V>4v6)N
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Vc8w[oS
/* --------------------------------------------- */ B;<zA' 1
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); a 4?c~bs
/* --------------------------------------------- */ KO))2GET
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); e[QEOx/-h2
/* --------------------------------------------- */ HSACaTVK
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 4^^=^c
jU{~3Gn?
94lz?-j
R$2\Xl@qQF
看了之后,我们可以思考一些问题: i66/2BUh.
1._1, _2是什么? `@&WELFv{
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。 GCrsf
2._1 = 1是在做什么? EO/TuKt
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。 ,H/BW`rL]#
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.V5>2
$b) k
] $F%
三. 动工 uOx"oR|
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: V|2[>\Cv
3'55!DE
h\6 t\_^\
0<Rq
template < typename T > Q^'xVS_.
class assignment #,SPV&
{ Jn\>Sz(96
T value; ka$la;e3
public : 1/=6s5vS}
assignment( const T & v) : value(v) {} m>DJ w7<
template < typename T2 > SS&G<3Ke
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } @f#6Nu
} ; o#-^Lg&
^HWa owy=
RV@mAw.T
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 NC"X{$o2
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ,H]S-uK~
(Wn^~-`=+
Xz'o<S
-{p~sRc&
class holder 5[`f(;
{ `Js"*[z
public : v|rBOv
template < typename T > "i\^GK=
assignment < T > operator = ( const T & t) const :>3?|Z"Aj
{ X(;WY^i!
return assignment < T > (t); =GC,1WVEqV
} :f0#4'f
} ; cE*d(g
'Z6x\p
2GRv%:rZ
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: v+DXs!O{
NqN}] nu6
static holder _1; K#x|/b'5d
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 WS\Ir-B
S3y('
PeF
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); eY`o=xN
而不用手动写一个函数对象。 Hw,@oOh.
"BC;zH:
:d|~k
@lCyH(c%
四. 问题分析 %vRCs]
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。 TV?MB(mN
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。 ey`E
E/WV
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ;y-sd?pAk
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 $OaxetPH
下面我们可以对这几个问题进行分析。 {Lsl2@22
1-sG`%
五. 问题1:一致性 O-n JuZJgX
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?| rs0Wy
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 lB
,-SWrp`f
struct holder \$xj>b;
{ ?:i,%]zxC
// lPg?Fk7AP
template < typename T > ~L"?C
T & operator ()( const T & r) const
=tc!"{
{ )<
p
~
return (T & )r; xks Me
} 2k^'}7G%
} ; |Zdl[|kX
[G"Va_A8
这样的话assignment也必须相应改动: r"`7ezun:
kTm}VTr
1
template < typename Left, typename Right > gCx#&aXS
class assignment 2u(G:cR
{ sE[
Yg8yAt
Left l; h*\u0yD)
Right r; bv}e[yH
public : E^m;Ab=
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} BR:Mcc
template < typename T2 > eaDG7+iS
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } C40o_1g
} ; c6VyF=2q
%m-U:H.Vp
同时,holder的operator=也需要改动: ">vi=Tr
#GzowI'
template < typename T > 9u%(9Ae
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Dv~jVI Xu
{ !gJw?(8"
return assignment < holder, T > ( * this , t); <4582x,G
} s133N?
0x fF
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。 7\yh<?`V8
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ^p3W}D
]#vi/6\J
return l(rhs) = r; Y;kiU
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。 Yw_!40`
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ^95njE`>t`
E[<*Al+N
template < typename Tp > jW>K#vj
class constant_t "NTiQ}i
{ XJ7pX1nf
const Tp t; \85~~v@
public : 664D5f#EJ
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} }lGui>/D
template < typename T > 7 4]qz,
const Tp & operator ()( const T & r) const Zr[B*1,ZV
{ `Ay:;I
return t; mp
z3o\n
} &_74h);2I:
} ; ~yJJ00%
%Rk DR
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 :TkMS8
下面就可以修改holder的operator=了 Z{ 1B:aW
9+3 VK
template < typename T > BlqISyrY
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const c7RQ7\
{ I
moxg+u
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); my#\(E+
} "<LWz&e^^
.h(iyCxP
同时也要修改assignment的operator() <LN7+7}
JX{_,2*$
template < typename T2 > 1x%B`d
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } t(jE9t|2e6
现在代码看起来就很一致了。 n}c~+0`un
bAwKmk9C
六. 问题2:链式操作 L@Q+HN
现在让我们来看看如何处理链式操作。 8 [D"
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。 tHK>w%|\R
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。 "F[7b!>R
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。 _<=h#lH
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct tS-gaT`T
73Hm:"Eqd
template < typename T > /Q_Dd
struct result_1 <. *bJ
{ u08QE,
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; h J0U-m
} ; $tej~xZK
KC)}Mzt6_
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: r-.>3J
6@eF|GoP
template < typename T > :>U+HQll
struct ref {8h[Bd
{ GP^.h kVs
typedef T & reference; I&31jn_o
/
} ; ~S\> F\v6'
template < typename T > ;#:AM;
struct ref < T &> 216$,4i
{ 5JHEBw5W%
typedef T & reference; MdmN7>
} ; !#=3>\np+X
X-#&]^d
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: V1~@
DTSf[zP/
template < typename T > <'N:K@Cs
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const </u=<^ire
{ *QV"o{V
return l(t) = r(t); p4
=/rkq
} ,Vw>3|C
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。 hS&l4 \I'Z
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ,~DV0#"
L#zD4L
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 9bspf {
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: =1@LMIi5x
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 EC 1|$Co
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 6|~^P!&
最后的布局是: UtP|<]{
Add -Jw4z#/-
/ \ ,[)l>!0\H
Divide 5 M:b#">M
/ \ =4l @A>
_1 3 )BvMFwQG
似乎一切都解决了?不。 i;-M8Q^
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。 v?Utz~lQ
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。 gu+zfvkcY
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:
6su~SPh
<f M}Kk
template < typename Right > Fm,` ]CO
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const `j(._`8%a
Right & rt) const @Z2np{X:
{ Gx6%Z$2n
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Od)y4nr3~
} gdA2u;q
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 H!&_Tv[
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 Tjhy@3
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 (zsv!U
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 F"UI=7:o
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 &K{8-
t
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? ');vc~C
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: rQyjNh
}ML2-k
template < class Action > &lLfVa-l
class picker : public Action U||GeEd
{ G}9f/$'3
public : c!/+0[
picker( const Action & act) : Action(act) {} >6HGh#0(p
// all the operator overloaded ;RRw-|/Wm
} ; zQG{j\
mO;QT
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。 I<ohh`.
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: 1l"2 ~k
rM"27ud[`_
template < typename Right > HE%/+mZN
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const bWAa:
r
{ q\]X1N
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); r9Ogez ER
} J E7m5kTa
?-vWNv
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > V5z2.} 'o-
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。 9$HBKcO
)c{>@WM~
template < typename T > struct picker_maker rpK&OR/
{ FV/t
typedef picker < constant_t < T > > result; oV0T
} ; 9K/EteS
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 2Y23!hw
{ [I3Nu8
typedef picker < T > result; 5dI=;L>D
} ; V<W;[#"
@$ Zh^+x!
下面总的结构就有了: Z17b=xJw
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。 OyF=G^w
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。 R`Z"ey@C
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 }!oEjcX'
至此链式操作完美实现。 .i
I{
b4i=%]v8
XPO-u]<