一. 什么是Lambda iSfRJ:_&6
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 oZ{,IZ45
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, jaS<*_~#R
ammi4k/
fe .=Z&
5SFr
E`
class filler :s)cTq| 3
{ If'q8G3]-
public : 1UQ,V`y
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} xU'z>y4V$
} ; 2H%9l@}u
18$d-[hX
H3wJ5-q(
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: q@.>eB'92P
IIk_!VzT
jN6V`Wh_
\zd[A~!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); u%-]-:c
A}fm).Wp@
hs6pp/h>
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 M+"6VtZH
hqRC:p#9
0kJ8H!~u
4*_jGw
二. 战前分析 Mo/R+\u+Y
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 lpi"@3
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 _hnsH
I!oD
#H$lBCWI
~EtGR #
N
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); hcVu`B n
/* --------------------------------------------- */ z|s(D<*w
vector < int *> vp( 10 ); WcmX"{
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ^y,h0?Z9
/* --------------------------------------------- */ aEf3hB* ~
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); TX)W.2u=
/* --------------------------------------------- */ dv+Gv7&2/
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 );
}$oS/bo
/* --------------------------------------------- */ c[2t,+O
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 3ynkf77cn
/* --------------------------------------------- */ sY<UJlDKT
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); r8"2C#
=gF035
]p|?S[!=
|q3X#s72
看了之后,我们可以思考一些问题: t?hfP2&6
1._1, _2是什么? x'EEmjJ
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。 k26C=tlkv"
2._1 = 1是在做什么? 0 u*a=f=
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。 08\w!!a:
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 PE_2a}
NQD5=/o
H&-3`<
三. 动工 ByY^d#oE
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: d==0 @`
2n.HmS
!B`z|#
F{mUxo#T
template < typename T > 8#!g;`~ D
class assignment A%#M#hD/
{ sOqFEvzo1%
T value; cB&_':F
public : -9vNV:c
assignment( const T & v) : value(v) {} U\%r33L )
template < typename T2 > RUY7Y?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } kq| !{_
} ;
G#[A'tbKk
yjT>bu]
DN:|
s+Lz
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 AL":j6!OQ
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 20I`F>-*
2]kGDeSr
)>2L(~W
n1%2sV)>
class holder a&{Y~Og?%
{ ZH~bY2^;
public : 4prJ!k
template < typename T > rC@VMe|0
assignment < T > operator = ( const T & t) const Mbc&))A
{ OROvy
return assignment < T > (t); $e1.y b%
} !4Aj#`)
} ; 7R:j^"I@
F]M-r{
"R5G^-<hp
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: YM`T"`f
p2Khfl6-
static holder _1; *AV%=
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Uha.8
+TbAtkEF*
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); TG;[,oa
而不用手动写一个函数对象。 J2}poNmm
kNK0KL
=F|9ac9X
5Pf=Uj6D
四. 问题分析 o2dO\$'
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 1\}XL=BE
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 Z,"4f*2
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 j7)mC4o:%
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 %%ouf06.|
下面我们可以对这几个问题进行分析。 LEM%B??&5z
a4UwhbH
五. 问题1:一致性 2d*bF.
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| g8cBb5(L
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 oeg
Bk
dnomnY(*<
struct holder *%/O (ohs@
{ Xfg3q.q
// t Cb34Wpf
template < typename T > (rFiHv5
T & operator ()( const T & r) const <O7!(
{ S'5 )K
return (T & )r; /e"iYF
} WzstO}?P(
} ; ,KJHY m=Q
G_?U?:!AC
这样的话assignment也必须相应改动: S?CT6moXA
I;Mm +5A
template < typename Left, typename Right > 3!8(A/YP;
class assignment
g*a+$'
{ PP{9Y Vr
Left l; vyDxX
Right r; _yg;5#3
public : wH8J?j"5>
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} _cvX$(Sg
template < typename T2 > MrzD
ah9UG
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } <Q(E {c3"
} ; Q>D//_TF
>SQzE
同时,holder的operator=也需要改动: H?O5 "4a
6!>p<p"Ns
template < typename T > ?fH1?Z\'K
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const cO7ii~&%!
{ @\nQ{\^;
return assignment < holder, T > ( * this , t); :+6W%B
} q83^?0WD
FkrXM!mJ
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 h,FU5iK|
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ( mp
oc)`hg2=
return l(rhs) = r;
<=p>0L
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 0 aH&M4
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: .^*;hZ~4%
#&T O(bk
template < typename Tp > k Nc-@B
class constant_t rX)&U4#[m
{ v4hrS\M
const Tp t; W+;=8S
public : 8OZasf
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} =q0V%h{
template < typename T > W6T4Zsg
const Tp & operator ()( const T & r) const [3bPoAr\
{ G+N1#0,q
return t; 1iY4|j;ahV
} 9V1d`]tP
} ; ic`BDkNO
)Mdddz4
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #1U>
下面就可以修改holder的operator=了 3v\P6
%JrZMs>
template < typename T > gdeM,A|
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const D&F{0
{ [hSJ)IZh
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); keLeD1
} 1SztN3'q
AE>W$x8P
同时也要修改assignment的operator() Bk\Y v0
msgR"T3'
template < typename T2 > }O7sP^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } UH-873AK
现在代码看起来就很一致了。 rlR!Tc>
lXTE#,XVf
六. 问题2:链式操作 ?'0!>EjY"
现在让我们来看看如何处理链式操作。 eMnK@J
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。 mP\V.^
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。 QNOdt 2NN
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。 jbipNgxkr
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct vN^.MR+<
cy.r/Z}
template < typename T > 'y;Kj
struct result_1 _?H3*!>3
{ A0Nx?
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 2|^@=.4\
} ; 7qyPI
]O@iT= *3
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: I3.. Yk%7
BeLD`4K
template < typename T > Rm=p}
struct ref uKAI->"
{ <~5O-.G]
typedef T & reference; :wS&3:h
} ; =_ pSfKR;
template < typename T > AwNr}9`
struct ref < T &> zQulPU
{ Zpg;hj5_
typedef T & reference; \"(?k>]E
} ; ,i6E L
e:Y+-C5
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 0\:=KIY.
<z\SKR[
template < typename T > |Jn|GnM
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const fYjmG[4
{ Q//
@5m_
return l(t) = r(t); IWu=z!mO
}
j5/pVXO
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。 x 4_MbUe
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 s0dP3tz>
,Tr&`2w
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 3`yO&upk
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: =KHb0d |.
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 @CzFzVmF"
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 boEQI=!j\+
最后的布局是: S?b&4\:
Add N_K9H1r
/ \ O8.xt|
Divide 5 7 2JwG7qh
/ \ I}bu
_1 3 f;^ +q-Q
似乎一切都解决了?不。 _ +DL
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。 r%f Q$q>
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 %]}JWXof
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ?pZU'5le`
5zBA ]1PY
template < typename Right > GP c
B(
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Kg';[G\
Right & rt) const l%2VA
{ fX`u"`o5
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); bUS:c
2"
} 4Y?2u
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 5kw
K%
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 Gw3+TvwU+Q
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 [@lK[7 u
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 6:G&x<{
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 GKIzU^f
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? T;(,9>Qsu
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 76rv$z{g^
ru 6`Z+p
template < class Action > [<@T%yq
class picker : public Action `15}jTi
{ +8zACs{p
public : U\lbh;9G
picker( const Action & act) : Action(act) {} 68,j~e3-i
// all the operator overloaded ,WWd%DF)
} ; d]e36Dwk
<8 <P,
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。 k_]'?f7Z
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: S. `y%t.GP
!6=s{V&r1
template < typename Right > "<0 !S~]
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const +h"i6`g
{ O80Z7
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); T+Re1sPr?
} >
Hv9Xz
]7_>l>
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Hj>9 #>b
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。 M}o.= Iqa
#a=]h}&1?
template < typename T > struct picker_maker #6\mTL4vg
{ \;Q(o$5<
typedef picker < constant_t < T > > result; Jn{)CZ
} ; O~qRHYv
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > C&Q[[k"kb
{ lVT*Ev{&.
typedef picker < T > result; 4ct-K)Ris
} ; >97YK =
CbM~\6R
下面总的结构就有了: y`zdI_!7
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。 u W,J5!
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。 e*T^:2oRl
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 0x~+=GUN
至此链式操作完美实现。 [!%5(Ro_
t`Bk2Cc)+
}Q: CZ
七. 问题3 wqDf\k}'v
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。 xBxiBhqzF
L;:PeYPL
template < typename T1, typename T2 > k?7"r4Vc)S
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Ewz cB\m
{ 3\Xk)a_
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); }Y7P2W+4?
} cZN<}n+q
h!dij^bD
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: 17'd~-lE
~s&r.6DW
template < typename T1, typename T2 > S Yi !%
struct result_2 ^ulgZ2BQ|
{ /95z1e
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; !QVhP+l'H
} ; k^d]E F
-%J9!(
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? c=tbl|Cq
这个差事就留给了holder自己。 }5PC53q
fB<Qs.T
O8#]7\)
template < int Order > vX>{1`e{S
class holder; <UO[*_,\
template <> ^E/6vG
class holder < 1 > oX^N>w0F
{ &