一. 什么是Lambda W6i{yneW
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 30uPDDvar
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, s2G9}i{
*PnO$q@`
2L 1,;
kJ FWk
class filler 4($"4>BA
{ f;
|fS~
public : xt5/`C
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} j0mN4Ny
} ; NUltuM
Z)W8Of_
PmE)FthdP(
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: )/::i
O&$:
"g^i%
f<@!{y2Xe
"g"a-{8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ~/`/r%1/J
}<A.zwB<i
mg'q-G`\<
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 D:/ n2_
'/.Dxib
,\\ba_*z
Dd5
9xNKm
二. 战前分析 %Gh5!e:$SI
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。 f*XCWr
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 kKSGC?d
8~o']B;lJ
eTx9fxw
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); [#Y
L_*p
/* --------------------------------------------- */ ;yt6Yp.6e
vector < int *> vp( 10 ); E?XaU~cpc
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); lln"c
/* --------------------------------------------- */ 46 A sD
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); :jl*Y-mM
/* --------------------------------------------- */ elCYH9W^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 2H|:/y
/* --------------------------------------------- */ !,[#,oy;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); =*,SD
/* --------------------------------------------- */ K.)!qkW-%S
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); dM-cQo:
.*zS2z
c1'@_Is
o{s2T)2
看了之后,我们可以思考一些问题: YJ _eE
1._1, _2是什么? jfxNV2[
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。 cJ96{+
2._1 = 1是在做什么? =:WZV8@%
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。 i<Vc~!pT
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。 l$;"yVdks
gpV4qDXV
c|Ivet>3
三. 动工 ANhtz1Fl
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ;}46Uc#WS
y*i&p4Y*
+lym8n~-O
buGBqx[
template < typename T > v/`D0g-uX)
class assignment *'/,
{ ?Z#N9Z~\
T value; '$tCAS
public : ^{+ry<rS>
assignment( const T & v) : value(v) {} g&Vhu8kNIA
template < typename T2 > bwsKdh
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } a1cX+{W
} ; "Oxr}^% i
<XdnVe1
%6m/ve
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 !vSI"$xd
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment }%< ?]
uC'-: t#
!7N:cx'Qy
>ED;_L*_o
class holder 0]DOiA
{ V"/.An|
public : 0j$\k|xFXZ
template < typename T > 4>gfLK\R:
assignment < T > operator = ( const T & t) const VeA@HC`?"
{ Xoe|]@U`
return assignment < T > (t); n ay\)
} )@g[aRFa
} ; |9E:S
R3>q ]
"Lp.*o
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: xWLvx'8W
VE\L&d2S
static holder _1; x93@[B*%
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 %BI8m|6
9[eiN
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); -)V0D,r$[
而不用手动写一个函数对象。 jD
S?p)&
UTA|Ps$
=E-x0sr?
#7uH>\r
四. 问题分析 r:QLU]
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。 FnGKt\
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。 4 9qa
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 /J`}o}
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ndSu-8?L
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ?^&ih:"
/X}1%p
五. 问题1:一致性 $(1t~u<17
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?| m$8siF{<q
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 1mFH7A($
}8O9WS
struct holder 7[Us.V@
{ t>[QW`EeP
// *l7 `C)
template < typename T > x?i
wtZ@
T & operator ()( const T & r) const 1jC85^1Taq
{ =ejcP&-V/
return (T & )r; >N^<Q4%2
} h,[L6-n
} ; S^s-md>
m[%356u
这样的话assignment也必须相应改动: [if(B\&
5<Kt"5Z%7
template < typename Left, typename Right > >?+Rtg|${
class assignment ;MfqI/B{
{ 4"?`p;{Z
Left l; AD
Right r; L=(-BYS
public : DgEdV4@p
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} cqU6 Y*n
template < typename T2 >
pj %]t
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } imOIO[<;
} ; (j>`+F5f
3]S*p ErY
同时,holder的operator=也需要改动: /`cy4<
<MEm+8e/s6
template < typename T > @<K<"`~H
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const F-kjv\
{
s(_z1
return assignment < holder, T > ( * this , t); F6vsU:TfB
} kQI'kL8>
z,;XWv?
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。 Pll%O@K
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 GUL~k@:_k
WX Fm'5Vr
return l(rhs) = r; /[c_,G""
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。 j*>]HNo&
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: +1#;s!e
`n,RC2yo
template < typename Tp > P)VQAM
class constant_t dpz@T>MS=
{ QXj #Brp
const Tp t; uP4yJ/]
public : /'oo;e
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} W,8Uu1X =
template < typename T > e&ti(Q=
const Tp & operator ()( const T & r) const B\D)21Ik}%
{ z*HM_u
return t; >~d'i
} [vI ;A!
} ; M_0f{
R?{_Q<17
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 NvzPZ9=@-
下面就可以修改holder的operator=了 ="G2I\
~!ei]UP
template < typename T > 9qa/f[G
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const q1HJ_y
{ YuuTLX%3
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Bor_(eL^
} aF/DFaiYv
3L2NenJB
同时也要修改assignment的operator() y?cN
z,ryY'ua/I
template < typename T2 > -[N9"Z,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } |FFz $'8)
现在代码看起来就很一致了。 [PXq<ST
x+~!M:fAc9
六. 问题2:链式操作 }e|cszNRd
现在让我们来看看如何处理链式操作。 C-ORI}o
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ^$dbyj`
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。 X}G$ON
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 W*iTg%a\k
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct +*Wlj8
>r X$E<B\
template < typename T > ,ye[TQ\,M
struct result_1 Yt =)=n
{ YeT{<9p
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; x?A<X2
} ; %yc-D]P/
yQ^, >eh
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: `uLr^G=;
LV1drc
template < typename T > IlO,Ql
struct ref [&P@0Fn
{ L9^M?.a
typedef T & reference; /
j "}e_Q
} ; '>"blfix8
template < typename T > {m3#1iV9
struct ref < T &> gT+wn-3
{ C}uzzG6s
typedef T & reference; 7MZH'nO
} ; t@R n#(~"
>Mh\jt\
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 5|jY
H;<>uELie
template < typename T > }oiNgs/N
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const }M(xN6E
{ ?Hdu=+ZV
return l(t) = r(t); ]8"U)fzmc.
} `#<UsU,~Lu
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。 _pb*kJ
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 4P5^.\.
,?jc0L.'r]
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 # X1a v
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Ad,n+%"e
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 *pD|N
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 %2b^t*CQ
最后的布局是:
SmDNN^GR
Add qe(gKKA%q
/ \ ~a4Y8r
Divide 5 \}4*}Lr
/ \ D/"velV
_1 3 S"?fa)~
似乎一切都解决了?不。 WK?5`|1l:x
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。 1MO-60
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。 .Mb0++% W
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: xDl;
tFI
-
7T`/6
template < typename Right > smQl^
6a
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 6jBi?>[I
Right & rt) const e
T;@pc
{ N2HD=[*cr
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ,W[J@4.
} ?M|1'`!c8
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ?aWVfX!+G5
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。 (K8Ob3zN_
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。 g-UCvY
I
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。 9M($_2,44
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 5rbb
,*
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? @.i#uMWF`
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: vR!g1gI23
g=t7YQq_~
template < class Action > h/|p`MP\1
class picker : public Action Z|x|8 !D
{ &wY$G! P
public : H
I_uR$m
picker( const Action & act) : Action(act) {} li\=mH,Wr
// all the operator overloaded M!i|,S
} ; x$o^;2Z
=$)M-;6
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 qF`6l(
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: N%Ta.`r
%aw.o*@:
template < typename Right > 7M7Ir\d0lp
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const N2'aC}
I
{ QM3DB
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); p$|7T31 *
} t>?tWSNf
#6ePwd
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 7p Y :.iVO
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。 8aW El%
EV{Ys}3M
template < typename T > struct picker_maker TE+>|}]R
{ G'G8`1Nj
typedef picker < constant_t < T > > result; T#3@r0M
} ; 'n,V*9
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > uz{RV_IX7
{ 7>j~;p{
typedef picker < T > result; kq5X<'MM9N
} ; _7;:*'>a4
n8F5z|/
下面总的结构就有了: \|{/.R
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。 9ZJ 8QH
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。 xH*X5?
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 m!%aB{e
至此链式操作完美实现。 Is7BJf
jO&*E'pk
@pYEzizP7
七. 问题3 esnq/
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。 b@;Wh-{d
s b;q)Rh
template < typename T1, typename T2 > %?PFe}
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const I8
:e`L
{ ciS,
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); {k)gDJU
} b[<RcM{r}
vNv!fkl
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: , [|aWT%9
R^*baiXVI
template < typename T1, typename T2 > _2!8,MX
struct result_2 m|qktLx
{
L\PmT
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ^'V :T Y
} ; v.jxG{~.
3O/#^~\'hW
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? Fye>H6MU
这个差事就留给了holder自己。 4D0jt$==
\x}\)m_7M<
IFp%Ta
template < int Order > jb.H[n,\
class holder; g|>LT_
template <> nMyl(kF[
class holder < 1 > \#_ymM0
{ @b,Az{EH
public : VLez<Id9(
template < typename T > 43PLURay
struct result_1 -!j6&
{ V 95o(c.p
typedef T & result; 4 O!2nP
} ; KC6Cg?y^
template < typename T1, typename T2 > l;lrf3
struct result_2 K& #il
{ 5qb93E"C
typedef T1 & result; <