一. 什么是Lambda V{4=,Ax
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 jeLRS8];
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, UVa:~c$U4
H2[VZ&Pg
7~&
tQ~vLPi$
class filler goBl~fqy0
{ IC"lsNq52
public : {x_SnZz &
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} #@%DY*w]v
} ; mWEaUi)Zz
a4{~.Mp
>1uo5,wrF
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: bvn%E
H
Xf
0)i
RBuerap
]+4QsoFNt
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); )c*NS7D~f
0APh=Alq
^i+ d 3
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 p6S{OUiG
|y%pJdPk=
W3Gg<!*Uo
zy8Z68%E`*
二. 战前分析 fL$U%I3
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 8`g@
)]Iy
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 t"# .I?S0
<9f;\+zA
[Ey[A|g
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); r7|_Fm Qf
/* --------------------------------------------- */ O2;iY_P7lV
vector < int *> vp( 10 ); _EHz>DJ9
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ]? 2xS?vd
/* --------------------------------------------- */ M9~eDw'Pr
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); +;#z"m]
/* --------------------------------------------- */ +9 gI^Gt
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); =bKz$
_W
/* --------------------------------------------- */ XS#Jy
n
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); pzr\<U`
/* --------------------------------------------- */ '0b!lVe
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); n <,:;0{
<DeC^[-P
#Sg< 9xsW
[pY1\$,
看了之后,我们可以思考一些问题: dMd2a4
1._1, _2是什么? b6(LoN.
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。 Y9<N#h#
2._1 = 1是在做什么?
-ElK=q
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。 {4]sJT
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。 v[l={am{/
meF.`fh
,]Gi942
三. 动工 yV.E+~y
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Th.Mn}1%L
wqnrN6$jf
eeMeV>
sOVbz2\yb
template < typename T > \:mZ)f3K=
class assignment TKH!,Ow9A
{ %>io$ o
T value; L.ML0H-
public : ^WF/gup\hS
assignment( const T & v) : value(v) {} 4
*n4P
template < typename T2 > I@/s&$H`l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Sgp1p}
} ; tRZA`&
r'F)8%
/`kM0=MMa
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 <Jc
:a?ICe
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 18eB\4NlD
9B)<7JJX!J
0 k(su
e'l@M$^
class holder q 3nF\Me0
{ (/i?Fd
public : ?+P D?c7
template < typename T > PKjM1wqaG@
assignment < T > operator = ( const T & t) const H@uDP
{ -prc+G,qyp
return assignment < T > (t); j+eto'
} DS|HN
} ; ;z1\n3,
:aHLr[%Mz
TC* 78;r
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: mVsghDESJ)
).$q9G
static holder _1; ,&F4|{
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 sx^0*h-Qq
<$>Jsv
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Bj`ZH~T
而不用手动写一个函数对象。 x{_3/4
q)f-z\
w7E7r?)Wl|
WU+OS(
四. 问题分析 |& Pa`=sp
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。 }lQ`ka
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\Q
pS
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ix+sT|>
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 AZH=r S`
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ]EWEW*'j
w D}g\{P
五. 问题1:一致性 /idrbc
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?| *Dhy a g
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 o+0x1Ct3P
WV&grG|
struct holder uGz>AW8a3
{ vuoD~ =z
// [/Vi*Z
template < typename T > oYmLJzCf
T & operator ()( const T & r) const 78UE?) X"
{ *l.tsICmbP
return (T & )r; @,Kl"i;
} |*5HNP
} ; aovw'O\Q
L ]Y6/Q
这样的话assignment也必须相应改动: g4f:K=5:
o,gH*
template < typename Left, typename Right > 8`B]UcL)
class assignment 9#MY(Hr
{ -d)+G%{
Left l; p0sq{d~
Right r; S{fFpe-
public : c( 8>|^M
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ?}ly`Js
template < typename T2 > 61pJVOe
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } _Squ%z:D
} ; b-OniMq~
GX#SCZ&}C
同时,holder的operator=也需要改动: =im7RgIBo
J ?^R1
template < typename T > xcM*D3
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 6d{&1-@>
{ (iJ9ekB
return assignment < holder, T > ( * this , t); 3aUWQP2
} J.Fy0W@+k4
8Cef ]@x
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。 rE?Fp
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ]L/AW
!m:rtPD'
return l(rhs) = r; 8nE}RD7bx
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。 0K'^g0G
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]AB'POa
rHpxk
template < typename Tp > (RU\a]Ry
class constant_t fP8iz `n
{ rv <_'yj
const Tp t; =berCV
public : ,GUOq!z
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} C3:CuoE X
template < typename T > EWC{896,
const Tp & operator ()( const T & r) const U["-`:>jfp
{ DkJ "#8Yl=
return t; JU3to_Io
} YT~h1<se
} ; $!v:@vNMs
\(`8ng]vs
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 L+D 9ZE]
下面就可以修改holder的operator=了 b <z)4
@/W~lJ!e
template < typename T > >m+Fm=
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Z/G?wD|B
{ D^)?*(
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); !]C=5~BBI
} >e"vPW*[
g T{WH67u
同时也要修改assignment的operator() W)jtTC7
k9m9IE"9=$
template < typename T2 > \'CA:9V}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } "I,=L;p
现在代码看起来就很一致了。 Xrr3KQaK&
f!Mx +ky
六. 问题2:链式操作 o2rL&
现在让我们来看看如何处理链式操作。 S!8gy,7<J
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$A=T u~
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。 0sfb$3y
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 zVvL!
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct KdXqW0nm
wV^c@.ga
template < typename T > ?np3*;lw
struct result_1 Gy F
{ m[DCA\Mo@
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; SLU$DW;t
} ; C K9FAuU
R3|r`~@@
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: wl /1~!
%:}o\ _w
template < typename T > |*(R$t X
struct ref MqjdW
{ VT [TE
typedef T & reference; -?p4"[
} ; {Jc.49
template < typename T > :Z&<5
struct ref < T &> ^v5<* uf%m
{ <Uc?#;%Y}
typedef T & reference; fM`.v+
} ; }D[j6+E
p(!d,YSE
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ipC
<p?PpR
\:4SN&I~
template < typename T > D{rM
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const } 89-U
{ /|m0)H.>
return l(t) = r(t); X]}:WGFM
} &embAqW:
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 .'PS L
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 eX'U d%
]$i@^3`[w
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
{*so]
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: *RM 3_
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 g.pR4Mf=Z
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ]
@:x<>
最后的布局是: =2@V}
Add tU0jFBB
/ \ .Ta (v3om%
Divide 5 )&j@ ={0
/ \ #%g>^i={ky
_1 3 ?$#P
=VK
似乎一切都解决了?不。 UM<!bNz`
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 8j)*T9
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 _<KUa\
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: =&F~GCZ>
R PdFLC/
template < typename Right > K\FLA_J
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 3sD|R{
Right & rt) const 1:!H`*DU&
{ *yv@B!r
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Bo$dIn2_
} rK\9#[?x
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 tb4^+&.GS
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。 :DrF)1C
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。 C55Av%-=
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。 tl;b~k
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。 jyB
Ys& v
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? &z#`Qa3NI
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: U$46=F|
uUb`Fy9
template < class Action > x\oSD1t,
class picker : public Action yy Y\g
{ O(6j:XD
public : Y/sZPG}4
picker( const Action & act) : Action(act) {} nH<#MGBS
// all the operator overloaded 8S7#tb@3
} ; K#Zv>x!to
t.#ara{
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 '<s54 Cb
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: J0Gjo9L
\ CX6~
template < typename Right > 2u$rloc$b
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const _F5*\tQ
{ ( k,?)
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 0xY</S
} p zZ+!d
=*R6O,
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > }3_>
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 7"F29\
a 7685Y
template < typename T > struct picker_maker CeeAw_*@
{ mV^~
typedef picker < constant_t < T > > result; b:cy(6G(
} ; v-BQ>-& s
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > %>$Puy\U
{ *`8JJs0g
typedef picker < T > result; loC~wm%Ql
} ; G\o9mEzQ
J;=T"C&
下面总的结构就有了: c8T| o=`k6
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。 }[R-)M
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。 &%%ix#iF
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 )KEW`BC5T
至此链式操作完美实现。 H'JU5nE
4,>9N9.?9
P)cEYk
七. 问题3 F0~<p[9Nx
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]1 VZUp
9VanR
::XX
template < typename T1, typename T2 > :yRv:`r3Lt
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 2$ &B@\WY
{ QIg'js$W
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 3=yfbO<-
} ITg<u?z_
k?$I4&|5Nt
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: Cv}^]_`Q
NWP!V@WG
template < typename T1, typename T2 > a{@}vZx>3
struct result_2 |B^Mj57DO
{ \EsT1aT
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ^,,}2dsb>
} ; 'uE;8.,
.T)wG;+
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? TkJ[N4'0
这个差事就留给了holder自己。 -i1 f
]Bd
J!2j]?D/e
:.r_4$F:
template < int Order > `<7!Rh,tS^
class holder; Ij$C@hH
template <> T@Y, 7ccpd
class holder < 1 > *AYq:n6
{ U`lK'..
public : tU5uL.( O
template < typename T > dt^h9I2O
struct result_1 1Qu@pb^
{ |JP19KFx'B
typedef T & result; dI&Q5M8
} ; TL)*onA9
template < typename T1, typename T2 > (0B?OkQ
struct result_2
g`%in
{ cP D_=.&
typedef T1 & result; &w#!
} ; c!_c, vwrn
template < typename T >
?C#E_
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const GB35o uE
{ #c5jCy}n
return (T & )r; fx(h fz
} Pc_aEBq
template < typename T1, typename T2 > D}q"^"#T
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const }f]Y^>-Ux
{ _'LZf=V0
return (T1 & )r1; 5nUJ9sqA
} /("7*W 2
} ; ;8eKAh
__2<v?\
template <> P RWb6
class holder < 2 > Qr9;CVW
{ y TD4![
public :
fT|A^
template < typename T > ,/D}a3JD
struct result_1 Z*q9vX
{ gf1+yJ^d!
typedef T & result; i=cST8!8N
} ; KWZhCS?[(
template < typename T1, typename T2 > Zym6btc
struct result_2 qh:Bc$S
{ aPVzOBp
typedef T2 & result; |Ha#2pt{bc
} ; QYboX~g~p
template < typename T > =29IHL3
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const MDU#V
{ ?%h$deJ
return (T & )r; 68Gywk3]=u
} _ i}W1i
template < typename T1, typename T2 > l2qvYNMw
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const N,c!1:b
{ Aj)Q#Fd[
return (T2 & )r2; xwf-kwF8^
} nUOi~cs
} ; L%T(H<