一. 什么是Lambda `Bv, :i
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 r[ RO"Ej"
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, ]YwvwmZ
D>"!7+t|@a
iLJBiZ+
jI,?*n<
class filler =1% <
{ r*W&SU9Z
public : &W-1W99auE
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} S *K0OUq
} ; q%8Ck)xz
\Gz
79VW
9c=`Q5
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: >d5L4&r
km9@*@)
]d50J@W
c
(,2U?p
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); A>QAR)YP
-bQi4
6ragRS/'x
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 G0pqiU6
-owap-Va
n_46;lD
p$@l,4@{
二. 战前分析 "0Yb
2>F
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 Rln@9muXA
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 "!_,N@\t
R'p-
4
P(Q}r7F~(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); a
#Pr)H
/* --------------------------------------------- */ o.KE=zp&z
vector < int *> vp( 10 ); m[6c{$A/w
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); zr[|~-
/* --------------------------------------------- */ DO9_o9'
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 4W36VtQ@E
/* --------------------------------------------- */ I"r[4>>B>0
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 0;x<0P
/* --------------------------------------------- */ 5Z(#)sa0Og
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); L QA6iZBP
/* --------------------------------------------- */ $5Tjo
T
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); [HSN*LXe
OK=ANQjs(
.vhEm6wJUM
2+qU9[kd|
看了之后,我们可以思考一些问题: oq9gG)F
1._1, _2是什么? J2Z?}5>
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。 2M3C
5Fu
2._1 = 1是在做什么? C?lZu\L
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。 u1_NC;
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。 Ebytvs,w
Ue2k^a*Ww
C'xWRSDO
三. 动工 Q(ec>+oi
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: yu@u0vlc
~mYCXf oc{
{.D/MdwW;
%n:ymc
$}
template < typename T > "c0Nv8_G
class assignment +}.S:w_xQ
{ ]{PJ
T value; H5?H{
public : l. 0|>gj`0
assignment( const T & v) : value(v) {} x]<0Kq9K
template < typename T2 > L<H6AzR+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } EGJrnz8
} ;
I<LIw8LI
$%0A#&DVh
<+)B8I^
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 DYaOlT(rE
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment |n+
`t?L^
$JZ}=\n7
!t+eJj
@c^g<
class holder 6SN$El 0|G
{ x] j&Knli
public : gtw?u b
template < typename T > e?
n8S
assignment < T > operator = ( const T & t) const &<oDl_^
{ #i0f}&
return assignment < T > (t); a&s&6Q|Y
} Q!v]njCIB7
} ; Xe>
EK<ly"S.
NJ$c0CNy
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上:
_V_GdQ
F@u>5e^6
static holder _1; hxx`f-#=
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <CY<-H
V}+Ui]ie|I
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); z2cd1HxN
而不用手动写一个函数对象。 %8~g#Z
R?H[{AX
&(YNz9L
5Int,SX
四. 问题分析 t6a$ZN;
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。 &&
E)
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。 +tvWp>T+
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 O t1:z:Pl
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 zTS#o#`!\
下面我们可以对这几个问题进行分析。 6`U]%qx_I
vDp|9VY?
五. 问题1:一致性 /dq(Z"O_
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?| b 3i34,
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 e.?;mD
f~Q]"I8w
struct holder Xwt}WSdF`k
{ 9Jj:d)E>o
// i!dQ
Sdf
template < typename T > d+158qQOh]
T & operator ()( const T & r) const +EE(d/f
{ i :Sih"=
return (T & )r; Nvj0MD{ X
} rX@?~(^ML
} ; Spt;m0W90
+W[NgUrGJ
这样的话assignment也必须相应改动: mr\C
U.p"JSH
L
template < typename Left, typename Right > wA?q/cw C
class assignment N/i {j.=
{ o`<ps$yT
Left l; z<,rE
Right r; ]aTF0 R
public :
_)=eE
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} )G=hgqy
template < typename T2 > w-?|6I}T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ua]?D2
} ; iK3gw<g
!J-oGs\ u
同时,holder的operator=也需要改动: ~#y( ]Xec2
V4qv7
template < typename T > h1jEulcMtq
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Z]x)d|3;
{
uhO-0H
return assignment < holder, T > ( * this , t); 35PIfqm
} J{h?=vK
@'fWS^ ;&
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。 _8'z"wF
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 _W^{,*p
0;avWa)Q
return l(rhs) = r; wwVg'V;
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。 >[a&,gS
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: !R@s+5P)U
$KMxq=
template < typename Tp > 6h3TU,$r
class constant_t fs;pX/:FR
{ 4NxI:d$&*
const Tp t; ePxwN?
public : .}x:yKyi@
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} P2>Y0"bY
template < typename T > _rj B.
const Tp & operator ()( const T & r) const X>kW)c4{b
{ kb2M3%6V
return t; ?2i\ERG?
} j#[%-nOT
} ; z((9vi W
)h,-zAnZ
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 T f;:C]
下面就可以修改holder的operator=了 3}25=%;[
n+%tu"e
template < typename T > cLyed3uU
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 1J @43>u{
{ `(Ij@84
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 7zEpuw
} NQ qq\h
0FG|s#Ig
同时也要修改assignment的operator() Fooa~C"
'ghwc:Og|%
template < typename T2 > y~/i{a;1y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } [y(AdZ0*
现在代码看起来就很一致了。 c?XqSK`',Z
0|D
l/1
六. 问题2:链式操作 e=Teq~K
现在让我们来看看如何处理链式操作。 $ Ov#^wfA
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。 %^
g(2^
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。 ; 6*Ag#Z
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。 JDj^7\`
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct $3D#U^7i
Bn?MlG;aA
template < typename T > AB")aX2%E
struct result_1 SlojB ^%
{ V^ 5Z9!
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; w;(B4^?
} ; kV:C=MLI
f+W8Gszi
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ruTj#tWSo
#uillSV
template < typename T > DY6ra% T
struct ref (D
<o=Q
{ fS?fNtD6<
typedef T & reference; Od@<L
} ; vB;$AFh{
template < typename T > EaXDY<
struct ref < T &> ug.'OR
{ os~}5QJ
typedef T & reference; KM jnY2
} ; )'Yoii{dSU
IWD21lS
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: %2t#>}If!
FST}:*dOe5
template < typename T > nH -1,#`g
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const oq3{q
{ Ad]oM]
return l(t) = r(t); k}r)I.Lp
} 9HJA:k*k|
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。 8w]>SEGFs
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 g{%2*{;i
_rjLCvv-
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 r]'Q5l4j6"
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: I!uGI
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 1?5UVv_F
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 n^7m^1to
最后的布局是: q26%Z)'nf
Add xFy%&SKHg
/ \ 08JVX'X-mr
Divide 5 .vJt&@NO
/ \ _z(ydL*
_1 3 UZ}>@0
似乎一切都解决了?不。 UOtrq=y
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。 {%Ujp9i
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。 I'%(f@u~
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: D"RxI)"HP
~A =?_ 5kJ
template < typename Right > 5xF R7%_&
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 'YUx&FcM
Right & rt) const sM8 AORd
{ vhaUV#V"
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); zgR@-OtFZ
} }2-p=Y:6
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 *UlL\
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。 VG+WVk
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。 Up|>)WFw"
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。 | *J-9
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。 #v QyECf
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? 875BD U
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: '#faNVPABh
7gY^a MW
template < class Action > d[Lr`=L;
class picker : public Action ,)JSXo
{ 2r~&+0sBP
public : =-GHs$u%f
picker( const Action & act) : Action(act) {} *zR
// all the operator overloaded `*hrU{b
} ; ;\gsd'i
J)xc mK
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 U&<Nhh
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 61^5QHur
"TgE@bC
template < typename Right > |+0XO?,sZ
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const F&I ;E i
{ .0zNt
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); "p{cz(
} _hb@O2f
zxr|:KC ?&
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > YN@4.&RP
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 %95'oW)lo
U'tfsf/V
template < typename T > struct picker_maker 0 w#[?.
{ 30Z RKrW"~
typedef picker < constant_t < T > > result; 8Qg,UX
} ; )|@ H#kv?
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > [# '38
{ @]0;aZ{3
typedef picker < T > result; B "z`X!\
} ; T]fu[yRVvg
Cp@'
k;(
下面总的结构就有了: ?]#U~M<'
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 Aj;F$(su
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。 G`HL^/Z*
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 bqt*d)$
至此链式操作完美实现。 tsA+B&R_]
VYZkHjj)2i
#+-
/0{HT
七. 问题3 Aey*n=V4#F
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。 G}&{]w@
CK+GD "Z$
template < typename T1, typename T2 > !awfxH0
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const AGN5=K*D
{ d:"]*EZ [
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); $`emP
Hel
} <+QX Gz1
DPD%8a)?
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: 07_ym\N
6DFF:wrm&
template < typename T1, typename T2 > .kO;9z\B
struct result_2 ~Zc=FP:1
{ p(F}[bP
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; lo*)%fy
} ;
1px8af]
s=+,F<;x.U
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? K;u<-?En
这个差事就留给了holder自己。 R{5xb
v){&g5djl
f(h nomn
template < int Order > &O