一. 什么是Lambda z 3fS+x:E{
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Uc>kCBCd
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, r#JE7uneT
)9 5&-Hs
{'E%SIRZ)
1T!b#x4
class filler "n,">
{ xmb]L:4F
public : IkFrzw p
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} c^><^LGb
} ; ?<]BLkx
a&6 3[p.<}
SGre[+m~m
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: U8-#W(tRR
/jaTH_Q),:
)~v`dwKj;
G)]'>m<y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); K>l$Y#x}k
F?\XhoJ3G
H)}>&Z4
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Ij` %'/J
rE;*MqYt&
NE,2jeZQ .
#wK { G)J
二. 战前分析 vP`Sz}FU
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ST5L
O#5
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 Q&@Ls?pu
e)
42SL^s
Fm_^7|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); u\ro9l
/* --------------------------------------------- */ +w[vYKSZm
vector < int *> vp( 10 ); 7"@^JxYN
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ^[,Q2MHCT(
/* --------------------------------------------- */ d&4ve Lu
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); M(KsLu1
/* --------------------------------------------- */ ExeD3Zj
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); =,$*-<p=3
/* --------------------------------------------- */ R8I%Cyc
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); SE.r 'J0
/* --------------------------------------------- */ dKTyh:_{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 3p6QJuSB
Oq@+/UWX
f6vhW66:?x
njtz,qt_;G
看了之后,我们可以思考一些问题: 2-728
1._1, _2是什么? ukpbx;O:hc
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。 {^=T&aCYdS
2._1 = 1是在做什么? "s]r"(MX
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\I}s"d
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。 XLb
lVi@
g>-pC a
3O7]~5 j1
三. 动工 qq.M]?Z
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: S[J eW
WHeyE3}p
!iA3\Ai"
(RVe,0y
template < typename T > o}$uP5M8q
class assignment p4GhT~)l:
{ Z^E>)!t
T value; fqrQ1{%UH
public : ?g^42IYG
assignment( const T & v) : value(v) {} =!)Ye:\Q
template < typename T2 > <}t~^E,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } J9eOBom8e<
} ; iGB1f*K%x
U;`C%vHff
3.+TM]RYN
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 .7&V@A7
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Wip@MGtJ
E! d?@Xr@
SW5V:|/
NIgqdEu1
class holder #(swVo:+E
{ ]8q#@%v}
public : X-LCIT|1
template < typename T > /By:S/[1pL
assignment < T > operator = ( const T & t) const |y9(qcKn$
{ O+x"c3@Z)D
return assignment < T > (t); $`j%z@[g
} WX
.Ax$fT
} ; Zc 9@G-
K&ZN!VN/p
} I>6 8dS[
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: m}A| W[p<
TOapq9B]
static holder _1; -p.c8B
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 6&|hpp#[
Y`F) UwKK
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); '
`
_TFTO
而不用手动写一个函数对象。
hr$Wt?B
z]_2lx2e
5~D(jHY;
yPY}b_W
四. 问题分析 mi[t1cN)=
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 OT0%p)
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ]1hyv m3
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 /pY-how%!
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 O6*2oUKqK
下面我们可以对这几个问题进行分析。 8;6j
')N[)&&Q{
五. 问题1:一致性 P5Lb)9_Jw
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| Zt_~Zxn3
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 "<Ozoo1&w
L4O.= *P1
struct holder fGZ56eH:
{ UE9RrfdN
// W(pq_H'
template < typename T > q QcQnd2K
T & operator ()( const T & r) const }NjZfBQW`
{ Ri>4:V3K
return (T & )r; e!W U
} :HW| mqKd
} ; 8Q%g<jX*
CvhVV"n
这样的话assignment也必须相应改动: 'oKen!?A
Q
XSS
template < typename Left, typename Right > |I[/Fl:
class assignment a\m_Q{:
{ n6AA%? 5
Left l; BG|m5f
Right r; :FT x#cZ
public : XHU\;TF
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} QyghNImp
template < typename T2 > }7non
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } b5Q|$E
} ; M"Dv-#f
|kY}G3/
同时,holder的operator=也需要改动: pfBe24q
oyB
gF\
template < typename T > [Dhqyjq
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const apOXcZ
{ :KmnwYm
return assignment < holder, T > ( * this , t); &(7=NAQsE
} XGuxd
l-Be5?|{_
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。 GO?hB4 9T
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 *
N]^(+/A
SZ29B
return l(rhs) = r; l+#J oc<8
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。 qk~m\U8r
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: X=+|(A,BdY
w73?E#8
template < typename Tp > fB80&G9
class constant_t IM% ,A5u
{ 5U-SIG*
const Tp t; 6r|=^3{
public : W#)X@TlE
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 8.,d`~
template < typename T > P_4E<"eK
const Tp & operator ()( const T & r) const @Jx1n Q^
{ IRGcE&m
return t; 5cGQ `l
} FnKC|X
} ; #f [}a
t"zi'9$t
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Lqdapx"Z_
下面就可以修改holder的operator=了 }DQTy.d;P
78 w
template < typename T > 5(gWK{R)*
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const EugRC
{ &~Pk*A_:
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); *`}
!{
Mb
} k".kbwcaF
(dfC}x(3h
同时也要修改assignment的operator() lJ]]FuA-Q
zYrJHn#vB
template < typename T2 > qA;Gl"HF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } uu9IUqEq2
现在代码看起来就很一致了。 0-~s0R89A
=A!rZG
六. 问题2:链式操作 ta6>St7.
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Gx
%=&O
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 (dZ]j){
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 nK32or3
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 O6/:J#X%
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ;yajt\a
oYdE s&qq
template < typename T > &?1O D5
struct result_1 06O_!"GD}
{ *|<T@BXn
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; IU<lF) PF$
} ; (i L*1f
8v z h5,U
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: D Qz+t
k 3H0$1
template < typename T > DF_wMv:>^
struct ref GGnlkp& E
{ .%y'q!?
typedef T & reference; ; >>n#8`
} ; Th$Z9+()
template < typename T > Unv'm5/L
struct ref < T &> L2+cVR
{ y>.t[*zT
typedef T & reference; ;DSH$'1i
} ; aZ$5"
Y0.'u{J*
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ~Th,<w*o
mogmr
template < typename T > e'>q( B
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const >{QO$F#
{ aW*k,\:e
return l(t) = r(t); Q?;Tc.O"/
} ' Ut4=@)
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。 )
[?xT
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 #D/*<:q5
R)BXN~dQ
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 .b+ix=:
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: SkMFJ?J/
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 2,dWD<h
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 T\n6^@.>
最后的布局是: D
HT^.UM28
Add /2zan}
/ \ Pw| h`[h
Divide 5 =/_u k{
/ \
_XT'h;m
_1 3 $,2T~1tE
似乎一切都解决了?不。 Bcarx<P-p
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 4xEw2F
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 mE`qA*=?
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: SOq:!Qt
b~}$Ch3ymW
template < typename Right > |4g0@}nr+W
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const $:%E<j4Dn
Right & rt) const }04mJY[
{ _crhBp5@T3
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); R2n
2mQ <
} k'PvTWR
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 +^lB"OcOX@
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。 ?WHf%Ie2(
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。 tnaFbmp
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。 cLl~4jL
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。 u*v<