一. 什么是Lambda So?ScX\lG
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ?w{ lC,
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, T-0[P;
g4NxNjM;
$ekB+
t:cj
Lo'P;Sb4<}
class filler =}:9y6QR.
{ Y9b|lP7!
public : ZnX]Q+w
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} *W'F6Hpu
} ; a3&&7n
Q(P'4XCm
q/
x(:yol
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: z9@Tg=#i
.qjVw?E
s0}OsHAj
-P;_j,~U
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); NWuJ&+gcO5
J&64tQl*
iKy_DV;J
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 bITc9Hqc
N5 BC<pu
K~j&Q{yws@
ZRDY`eK
二. 战前分析 0KW@j>=jK
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 (dOC ^i
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码
1_D|;/aI
QZcdfJck=+
]9xuLJ)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); '@Zau\xC
/* --------------------------------------------- */ RUJkfi=$
vector < int *> vp( 10 ); /Iwnl
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ()< E?D=
/* --------------------------------------------- */ Cu5fp.OS7
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 5r=xhOe`
/* --------------------------------------------- */ !.\EU*)1
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); s
"KPTV
/* --------------------------------------------- */ ^CIO,I
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 2$>"4
N
/* --------------------------------------------- */ v/n4Lp$W^
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); \a:#e%]qz9
(1~d/u?2\
7
Jxhn!
sV8}Gv
a
看了之后,我们可以思考一些问题: H4s^&--
1._1, _2是什么? =0te.io)3O
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。 7Ao9MF-
2._1 = 1是在做什么? gWt}q-@nRR
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。 hdL/zW7]
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。 vwVK^B
&PHejG_#
/az}<r8
三. 动工 .A;e`cKb
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: _[zZm*
X$o$8s
oF1{/ERS
E kb9=/
template < typename T > ~H[
class assignment _ZM$&6EC
{ {Y>5 [gp
T value; GZxM44fP
public : N=1zhI:VaQ
assignment( const T & v) : value(v) {} "m*.kB)e7
template < typename T2 > P`/;3u/P
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } yc4?'k!
} ; -__RFxG
2TH13k$
>FO4]
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ==zt)s.G(+
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment =oN(1k^
3j'A.S
,EkzBVgo
_a;E>
class holder S6k
R o^2
{ ]_Cm 5Z7
public : 3AKT>Wy =
template < typename T > 'r&az BO
assignment < T > operator = ( const T & t) const gN2$;hb?
{ @J`o
pR
return assignment < T > (t); (IlHg^"
} do {E39
} ; #nK38W#
F.zx]][JV
_|f1q
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: qOA+ao
K U 2LJ_~Y
static holder _1; )?5027^
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 D{-h2=V
"4Joou"U
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ;yfKYN[
而不用手动写一个函数对象。 bYPkqitqz
U3Fa.bC6}
vrRbUwL!
8Ld`$_E
四. 问题分析 j-l#n&M
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。 9Fo00"q
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。 L1'PQV
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ;^XF;zpg
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 12 8aJ
下面我们可以对这几个问题进行分析。 BZS%p
|l4tR
五. 问题1:一致性 xJG&vOf;?
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?| V=$pXpro%
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 9CBKU4JQ
r7Vt,{4/
struct holder w}8
,ICL
{ tcDWx:Q
// 9v\x&h
template < typename T > vY 0EffZ
T & operator ()( const T & r) const 0P{^aSxTP
{ -L4fp
return (T & )r;
Nk.m$
} $|kq{@<
} ; vbt0 G-%Z
<x QvS^|[
这样的话assignment也必须相应改动: zKh^BwhO|X
i-.]onR
template < typename Left, typename Right > qPI\Y3ZU
class assignment s9[?{}gd
{ |j 9d.M
Left l; <z'Pj7c[
Right r; \a#{Y/j3
public : 6?;U[eV
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} %G'{G
template < typename T2 > 4>x$I9^Y!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } /"(`oe<
} ; 1 X8P v*,
y4\(ynk
同时,holder的operator=也需要改动: NO)Hi)$X6Y
6o5NeKZ
template < typename T > tTjadnX
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const fwF&V^Dy
{ Mh=yIx</
return assignment < holder, T > ( * this , t); -yP|CZM
} ~Q+E" "
;;4>vF#*
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 m|')
A
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 O/XG}G.x|
d4ga6N3'
return l(rhs) = r; 9"W 3t]
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 }3825
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: FTF`-}Hz
l|kGp~
template < typename Tp > ftb .CPWI
class constant_t T!f+H?6
{ 8"'Z0
Ey
const Tp t; xK*G'3Ge
public : D(;jv= "/
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} X-,mNvz
template < typename T > !_?K(X~/
const Tp & operator ()( const T & r) const
<<FBT`Y[
{ {6I)6}w!k
return t; r,43 gg
} D'8xP %P
} ; MyZ5~jnr\
&GfDo4$
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 N9dx^+\
下面就可以修改holder的operator=了
rSg OQ
N*1{yl76x
template < typename T > &Z3u(Eb
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const =x
xN3Ay
{ MdC}!&W
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); `i `F$ ;
} +=Y[RCXT
r"_U-w
同时也要修改assignment的operator() .5^7Jwh
i5*BZv>e
template < typename T2 > ]/#3 P
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } yI{4h $c
现在代码看起来就很一致了。 `o4%UkBpM
ykS-5E`
六. 问题2:链式操作 MaS-*;BY,
现在让我们来看看如何处理链式操作。 W"
i3:r
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 `
t6|09e
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 [mcER4]}
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ;RW0Dn)Q
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct I^GZ9@UE
Fa0NHX2:
template < typename T > 17E,Qnf
struct result_1 Z1~`S!(}
{ Q)/oU\
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; WvoJ^{\4N*
} ; R:5uZAx
1F'x$~ZI
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: 8C=8Wjm
gq7l>vT.
template < typename T > ;u?L>(b
struct ref A4tb>OM
{ oazY?E]}3
typedef T & reference; 'QdDXw5o
} ; ii5dTimRJ
template < typename T > o.g)[$M8cF
struct ref < T &> 01<Ti"
{ K'c[r0Ew
typedef T & reference; Wx` $hvdq
} ; Ln$= 8x^T
Z]SUr`Z
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: m4on<5s/
+zg3/C4 S
template < typename T > wZg~k\_lF
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const {00Qg{;K|
{ 8zO;=R A7%
return l(t) = r(t); X/f?=U
} 8b:GyC5L
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。 n`X}&(O
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 S*NeS#!v
szs.B|3X@*
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 c$8M}q:X
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: bO'?7=SC
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 3rj7]:Vr
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 7Tc^}Q
最后的布局是: !!<H*9]+W;
Add 3kavzB[
/ \ v05$"Ig
Divide 5 _Wtwh0[r*
/ \ PVi0|
_1 3 qQwf#&
似乎一切都解决了?不。 }vEMG-sxX
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。 S=a>rnF
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。 &9ERlZ(A
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: BC)1FxsGf
bMB@${i}
template < typename Right > ^@
Xzh:
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const `PtfPt<{
Right & rt) const Kut@z>SK
{ Pyp#'du>
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); f~?kx41dq
} J(5#fo{Q.g
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 T2}X~A
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 =<X4LO)C
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 XC!Y {lp
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 f_z]kA
+H
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 T2_b5j3i
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? E/hO0Ox6
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: Y^QG\6q
3~\,VO''
template < class Action > H}cq|hodn
class picker : public Action &3|l4R\
{ (z:qj/|
public : wln"g,ct
picker( const Action & act) : Action(act) {} /], 9N
// all the operator overloaded r<[G~n
} ; 39bw,lRPV
@2~;)*
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 {Fvl7Sh
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: !>:]k?$b
g*;zVi
template < typename Right > s]pNT1,
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const m#^;V
{ c6cB
{/g
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); MDoV84Fh
} t]hfq~Ft
[ZL<Q
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Y+DVwz$
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。 oml^f~pm
#'97mg
template < typename T > struct picker_maker H`4KhdqR
{ riQ0'-p
typedef picker < constant_t < T > > result; {$I1(DYN
} ; L=gG23U&
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > @CS%=tE}U
{ #kgLdd"
typedef picker < T > result; 0lU
pil
} ; s)#TT9BbV
z,RjQTd
下面总的结构就有了: CQs,G8\/
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。 xHe"c<
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。 C8O<fwNM
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 qG3MyK%O\
至此链式操作完美实现。 <l<