一. 什么是Lambda a/X@5kr{
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 u\-xlp?"o
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, fZH:&EP
$d%m%SZxv
i3s-l8\\z
D#508{)
class filler W"YFx*W
{ #0"Fw$Pc
public : =9 FY;9
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} LHKawEZ
} ; #-1 ;
)nJs9}( 0
<i`Ipj
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: ([iMOE[D3
]$!-%pNv
U)=?3}s(
Wcl@H @
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); pJ"Wg@+
Eic/#j{4
E(*RtOC<W
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 xq-R5(k
]6Kx0mW
A#RA;Dt:
u) y6 $
二. 战前分析 w4<1*u@${
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 4*d$o=wa
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 r ,D
T>
Z\D!'FX
s6%% /|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7RM$%'n\
/* --------------------------------------------- */ i[sHPEml(5
vector < int *> vp( 10 ); iyAeR!`
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }p$>V,u
/* --------------------------------------------- */ lt`(R*B%
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); YvL5>;
/* --------------------------------------------- */ wZ6LiYiHl
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); aFGEHZJQ
/* --------------------------------------------- */ r ) ;U zd
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Pp3<K649
/* --------------------------------------------- */ .;)7)%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); _TY9!:&}q
.w/w]
Eq
Z5/^pyc
F=!p7msRB
看了之后,我们可以思考一些问题: Fy37I/#)r&
1._1, _2是什么? 6^y*A!xY
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。 F9p'|-
2._1 = 1是在做什么? `w';}sQA7
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。 T'B4 3Q
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。 5&Al
FOVghq@
n4\UoKq
三. 动工 d"o5uo
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: /5 yjON{
W6J%x[>Z
S^(OjS
+ 2v6fan
template < typename T > CAg~K[
class assignment l\g>@b
{ ~A^E_
T value; #0>??]&r
public : }zC9;R(E
assignment( const T & v) : value(v) {} _#32hAI
template < typename T2 > VZuluV
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Nc;cb
} ; AB(WK9o
y0s=yN_
S;@nPzhc
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 -wn,7;
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment w]L^)_'Th
ayF+2(vch)
wT\JA4
D2}N6i
class holder IE*eDj
{ oVlh4"y#Lf
public : eka<mq|W
template < typename T > {BV0Y.O
assignment < T > operator = ( const T & t) const (4]M7b[S$
{ ($QQuM=
return assignment < T > (t); RW"QUT
} Y oDL/
} ; \dAs<${(
)?`G"(y
_43'W{%
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: |WP}y-Au
Ymvd3> _
static holder _1; zTBf.A;e7
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 SG$V%z"e
zSd!n
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Nyx)&T&I
而不用手动写一个函数对象。 sdp3geBYo
m&MAA^ I
^cDHC^Wm
jw5ldC>U
四. 问题分析 %eOO8^N
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ~a$h\F'6
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。 VW`SqUl
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 c-VIp A1
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 6 2:FlW>
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ,A%p9
n }kn|To~
五. 问题1:一致性 AZ.$g?3w
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| n58yR -"
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 =h\unQ1T
CK+t6Gp
struct holder (S~kNbIa
{ 4`e[gvh
// oRZ98?Y\B
template < typename T > OwCbv j0#
T & operator ()( const T & r) const }el7@Gv
{ 5,R4:y ?cK
return (T & )r; KAJR.YNm
} 4mHk,Dd9,
} ; i!{A7mo
VUi> ]v/e
这样的话assignment也必须相应改动: YP
Qix
]ZnASlc)
template < typename Left, typename Right > j1rR3)oP
class assignment ?W>`skQ
{ b:5-0uxjs
Left l; *Z$W"JP
Right r; #;[0:jU0
public : dVs=*GEl9
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} -UM|u_
template < typename T2 > I_m3|VCa|t
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } &]h`kvtBC
} ; Ld
0*)rI#
9
JhCSw-<)
同时,holder的operator=也需要改动: 0xx4rpH
b"aF-,M>
template < typename T > jOU99X\0
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const boI&q>-6Re
{ H:|.e)$i
return assignment < holder, T > ( * this , t); .{t*v6(TP
} ^TD%l8o6
F$-f j "jC
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。 -g."{|
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Z($i+L% .
!Rc
%
return l(rhs) = r; 5E]iv^q%
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 oI!"F=?&6
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ,]@K,|pC)
DS;\24>H
template < typename Tp > v6|j.;
class constant_t BT&R:_:
{ rFGPS%STS
const Tp t; q 'd]
public : pSb tm74
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} a{L&RRJ
template < typename T > 0%Le*C'yk
const Tp & operator ()( const T & r) const eKy!Pai
{ v)T#
iw[
return t; qTK(sW
} /7])]vZ_
} ; 8h0C G]
8R%<~fq r
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #6vf:94
下面就可以修改holder的operator=了 5'NNwc\
eM{u>n+`F0
template < typename T > [|ZFei)r
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 8HFCmY#
{ ^8EW/$k
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Y<|JhqOXK
} _}Qtx/Cg
Ea&NJ]& g
同时也要修改assignment的operator() [Q{\Ik
a7c`[
template < typename T2 > 9DJ&J{2W
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } r-wCAk}m*?
现在代码看起来就很一致了。 z
&Xl
1&! i:F#
六. 问题2:链式操作 SGSyO0O
现在让我们来看看如何处理链式操作。 :>.{w$Ln%
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。 McN[
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。 lHtywZ@%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。 |YsR;=6wT
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct eM_;rM Cr}
4P[MkMoC
template < typename T > `@
YV
struct result_1 {Y@shf;
{ Et!J*{s
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result;
P4q5#r
} ; w")
G:K
[:{
FR2*x
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: L&DjNu`!9
O_8 SlW0e
template < typename T > L4Zt4Yuw
struct ref ;O%
H]oN
{ {o5|(^l
typedef T & reference; 7JGc9K+Av
} ; mA{?E9W
template < typename T > 4?1Qe\A^
struct ref < T &> z^U+oG
{ c 9f"5~
typedef T & reference; ^T!Zz"/:
} ; f-enF)z
{lWV H
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: (O{OQk;CF
@w8}]S
template < typename T > ;.uYWP|9
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const &Gjpc>d
{ gSwV:hm
return l(t) = r(t); -}%J3j|R:
} UsyNn39
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。 6ieul@?*u*
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 KM wV;r
UE'=9{o`
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 7A\`
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 2 {&A)Z!I
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 (U.Go/A#wE
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 SvM\9
最后的布局是: `-uE(qp
Add M!J7Vj?Ps
/ \ LG&BWs!
Divide 5 W_2;j)i
/ \ Qp:I[:Lr;
_1 3 oh8:1E,I
似乎一切都解决了?不。 9m
M3Ve*
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。 P`lv_oV
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。 !:|*!
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: ~o!-[
@3?>[R
template < typename Right > ^xa, r#N:V
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const n{;Q"\*Sg
Right & rt) const 8:{id>Mm^
{ PyQ.B*JJ
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); BX?DI-o^h
} L[Vk 6e
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 a&_