一. 什么是Lambda fT{%zJU
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 A~H@0>1
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, }!N/?A5
p{AX"|QM"
e'r-o~1eN
!vq|*8
class filler #]r'?GN
{ U\-=|gQ'
public : D+y?KihE
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} J@+b_e*
} ; +mC?.B2D
vF)eo"_s*
avW33owb@
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: ,,]<f*N
wK0],,RN,h
~>XqR/v
NRazI_Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); d&naJ)IoF)
.0p'G}1
gv,1 CK
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 u>/Jb+
+0)H~
qB\
yz=aJ
v;
H
/Ow@CB
二. 战前分析 -PTfsQk
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。 }^2'@y!(
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 onl,R{,`0
a#a n+JY3
5,?^SK|'x
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); #fb&51
/* --------------------------------------------- */ "(Nt9K%P)
vector < int *> vp( 10 ); Fz' s\
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ij?Ww'p9>
/* --------------------------------------------- */ v1p^="IHI
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); "b) hj?
/* --------------------------------------------- */ (*9-Fa
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); OoQLR
/* --------------------------------------------- */ ~ 1~|/WG
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); *t_Q5&3L+U
/* --------------------------------------------- */ tac\Ki?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 6G{ Q@
$e:bDZ(hjj
gv1y%(`|n(
FM7`q7d
看了之后,我们可以思考一些问题: }=|plz}
1._1, _2是什么? Ey%KbvNv
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。 ]KQQdr
2._1 = 1是在做什么? Zgo%Jo
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。 u:H:N]
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 xkPu-[W
CZf38$6 X
Z1.v%"/(
三. 动工 lIPz"
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: EI496bsRHm
LCW}1H:Q
;,s9jw
hii#kB2
template < typename T > l#Vg=zrT
class assignment z0Z1J8Qq6.
{ U$;UW3-
T value; 5v^tPGg4
public : }G<~Cx5[
assignment( const T & v) : value(v) {} rU6A^p\,
template < typename T2 > +!ZfJZls
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } / }*}r
} ; u:^sEk"Lk'
u<4bOJn({
T3I{D@+0
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 BN~ndWRK
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment RFX{]bQp9
Hbn78,~.
=.w~qL
qae|?z
class holder MBAj.J
{ #q W#>0U
public : hVAatn[
template < typename T > ,T$ GOjt
assignment < T > operator = ( const T & t) const 3R-5&!i
{ g>l+oH[Tv|
return assignment < T > (t); P#D|CP/Cu
} a ,"
} ; G #M0
C>n
}F"98s W
8H|ac[hXK2
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: `YqXF=-
F)v
static holder _1; .R
l7,1\
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *F!1xyg
,RW`9+gx
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1}Y3|QxF
而不用手动写一个函数对象。 %0 i)l|
/4@
[^}x
D$@2H>.-
D c;k)z=
四. 问题分析 \0vs93>?
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 jAU&h@
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 hRMya#%-
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 (4Nj3x
o
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 IUNr<w<
下面我们可以对这几个问题进行分析。 CD%Cb53
XMdCQ=
五. 问题1:一致性 [A~ Hl
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| dMCoN8W
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 bwj{5-FU
0a bQY
struct holder t=9f:,I$
{ w)B?j
// {&UA60~6
template < typename T > Hp>L}5 y[
T & operator ()( const T & r) const `- (<Q;iO
{ }r@yBUW
return (T & )r; 7?{y&sf
} `'&mO9,<-
} ; J_;*@mW
QZIzddwp
这样的话assignment也必须相应改动: ('AAHq/
HUAYtUBH
template < typename Left, typename Right > k61mRO
class assignment W6_ rSVm
{ !Q*w]
Left l; v$w}UC%uf
Right r; ]:b52Z
public : b*H*(}A6"'
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} \KzJNCOT
template < typename T2 > +I3O/=)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } maN2(1hz
} ; P|Gwt&
2ij&Db/
同时,holder的operator=也需要改动: Dh}(B$~Oz+
^;rjs|`K#
template < typename T > CWocb=E
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 0{vH .b
@
{ AI Kz]J0;
return assignment < holder, T > ( * this , t); |xg_z&dX
} iy_Y!wZ{
Pq8oK'z-
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。 "j8)l4}
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ,B_c
N-_APWA
return l(rhs) = r; n:2._s T
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。 [0aC]XQZ
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: I
"O^.VC
.a7RGT3]m
template < typename Tp > C=]<R<Xy
class constant_t MkL2I+*
{ _> x}MW+
const Tp t; 7 4MxU
public : `GdH ,:S>
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} q6w)zTpJGJ
template < typename T > E #B$.K
const Tp & operator ()( const T & r) const K@{0]6
{ )GAlj;9A$
return t; I`H&b&
.`
} RL/y7M1j
} ; BV:Ca34&
`[g$EXX
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 lwrh4<~\,*
下面就可以修改holder的operator=了 #v<`|_
=gD)j&~}_
template < typename T > {59>U~
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const <kPNe>-f
{ *1{A'`.=\
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); FHw%ynC
} Nr~!5XO
,?er AI
同时也要修改assignment的operator() PA
?2K4
t(6]j#5
template < typename T2 > z k/`Uz
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } dk
nM|
现在代码看起来就很一致了。 6j XDLI
'z
AvQm
六. 问题2:链式操作 #IvKI+"
现在让我们来看看如何处理链式操作。 GdI,&|/
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ye9GBAj
/
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 GEF's#YWK
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 R6od{#5H$
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct yRyXlZC
grzmW4Cw
template < typename T > <)wLxWalF
struct result_1 QK[^G6TI
{ \} v@!PQl
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; @jm +TW
} ; O>qlWPht
41<h|WA
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: z$R&u=J
Nh }-6|M
template < typename T > ))f@9m
struct ref g:ky;-G8b
{ -Pp{aFe
typedef T & reference; pxgf%P<7
} ; 4@3 \Ihv
template < typename T > c-(RjQ~M5
struct ref < T &> H'zAMGZa
{ #p>&|I
typedef T & reference; K~,!IU_QG
} ; iYgVSVNg
l`zhKj
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: x\8g ICf
4X]/8%]V
template < typename T > t3Gy *B
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Os-Z_zSl6
{ 9dNkKMc@
return l(t) = r(t); JCnHEH
} O}zHkcL
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。 o#\L4P(J
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ~*/ >8R(Y
@i!+Z
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 <Y7j' n
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: UX63BA
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 @3KSoA"^
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 )VkVZf | S
最后的布局是: klnNBo!
Add
94PI
/ \ W9Azp8)p]
Divide 5 lf>d{zd5
/ \ 9e
K~g0m
_1 3 >^Wpc
似乎一切都解决了?不。 >W] Wc4\
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。 F\xIVY
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。 S1Y,5,}
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: H 4ELIF#@
jyW={%&
template < typename Right > pJ}U'*Z2
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const l+F29_o#
Right & rt) const yZ,pH1
{ >y#MEN>?
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); V'=;M[&