一. 什么是Lambda `
VwN!B:
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Wk}D]o0^@
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, p'80d:
PRwu
Q3,=~}ZNK
8[M*
x3
class filler Ra0=q4vdk
{ YN^T$,*
public : {S*!B
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 6Hwxx5>r
} ; D
M}s0O$0
"7d.i(vw
6|^0_6_
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: *0~M
n$YE !D'
H UkerV
-E]Sk&4Gj
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); "<x&pQZ%
8?1o<8hV
Mn@$;\:
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 tOM(U-7Z&
Px#$uU
qOi5WX6F/
/W`$yM3
二. 战前分析 sMm/4AY]
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 G'9{a'
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 (Xo SG
d=y0yq{L
+zsZNJ(U
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); f>z`i\1oO
/* --------------------------------------------- */ U` hfvTi
vector < int *> vp( 10 ); !}5*?k
g
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); *NlpotW,f
/* --------------------------------------------- */ _f3
WRyN0
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); /$:U$JVb?l
/* --------------------------------------------- */ jTfi@5aPY
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); SX+4HJB
/* --------------------------------------------- */ 30_ckMG"g
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); |sf*hlrJ
/* --------------------------------------------- */ `hzrfum4
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ?PH/?QP
qo_]ZKL44
e\9g->DUs
DjwQ`MA
看了之后,我们可以思考一些问题: c
0-w6
1._1, _2是什么? ?'sXgo.}
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。
rN"Xz
2._1 = 1是在做什么? P'tMu6+)
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 *d>vR1
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 8QF2^*RZ7z
Q0~j$Jc
HE;V zR
三. 动工 ZXt?[Ll
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ~+HoSXu@E
k|FSz#Y
Uo6(|mm
DMd ,8W7a
template < typename T > J?%}=_fsa
class assignment 7tgFDLA
{ S;=_;&68?
T value; 1,`H:%z%
public : =j~Q/-`EC0
assignment( const T & v) : value(v) {} -eml
template < typename T2 > g19S
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } #3 bv3m
} ; ArzDI{1
@B`Md3$7
P^[/Qi}j
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 AmcC:5
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Q\9K2=4
c!Dc8=nE0m
xU}M;4kH~
73
V"s
class holder }Hy ~i
{ PZ,z15PG]
public : >uy%-aXiVa
template < typename T > P`TIaP9%E
assignment < T > operator = ( const T & t) const +xj "hX>3
{ IgM
v =^U
return assignment < T > (t); N:x0w+Ca
} ll<mE,
} ; |0
!I5|<k
<o0~H
)a cV-+{
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: B:9.e?t
f=`33m5
static holder _1; SRL-Z&M
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 vPmnN^
Yc`<S
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); BU6Jyuwn
而不用手动写一个函数对象。 ^$Krub{|
ssl&5AS
8h.V4/?
^%#grX#
四. 问题分析 'Kz9ygZy
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。 {'R)4hL
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。 'jvpNn
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 rWQY?K@
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 8Xn!Kpa
下面我们可以对这几个问题进行分析。 9.&mz}q
fz}?*vPW
五. 问题1:一致性 uGCp#>+
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?| 'UfeluMd
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 E5UcZ7
<1@
(ioPH
struct holder GGnp Pp
{ (V?@?25
// Do*n#=
template < typename T > \##5O7/1
T & operator ()( const T & r) const &[j]Bp?
{ };S0 G!
return (T & )r; (Uk,
} n%$ &=-Fk
} ; [ee30ELn
mX\
;oV!
这样的话assignment也必须相应改动: B9M>e'H%<
nPA@h
template < typename Left, typename Right > ]b}B2F'n
class assignment &erm`Ho
{ DDw''
Left l; (-"`,8K 2}
Right r; pbn\9C/
public : y=H@6$2EQ
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} >n$!<
template < typename T2 > !buz<h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } N.hzKq][
} ; W3JF5*
.zC*Z&e,.[
同时,holder的operator=也需要改动: A';QuWdT
{p/YCch,
template < typename T > ]vo_gKZ
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Gr)-5qh
{ 9_huI'"p
return assignment < holder, T > ( * this , t); m{(+6-8|m
} NP_?f%(
K
,isjh2
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。 1;wb(DN*c
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ;n*J$B
=2 jhII
return l(rhs) = r; vVVPw?Ww-
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[e,?!8;
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ;BBpN`T
lG"H4Aa>
template < typename Tp > Kf.T\V4%
class constant_t <qeCso
{ {9'M0=
const Tp t; n?QZFeI`
public : 12(wj6Q
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} i_l+:/+G+
template < typename T > M{KW@7j
const Tp & operator ()( const T & r) const flnVYQe
{ 8MF2K6
return t; fN[8N$1-
} xPC"c*
} ; p538r[f<
DTY<0Q.
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 FvXqggfGv
下面就可以修改holder的operator=了 `X8@/wf#
fRHKQ(a#
template < typename T > hh"-w3+
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const qrBZvJU
{ D}{b;Un
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); xsP4\C>
} /A07s[L
LmLGki$w
同时也要修改assignment的operator() HL 8eD^
J^zi2jtV
template < typename T2 > |wp,f%WK
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } O<N#M{kc.
现在代码看起来就很一致了。 ISNcswN#
^v:Z o
六. 问题2:链式操作 aj8Rb&
现在让我们来看看如何处理链式操作。 wNDbHR
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。 kb #^lO
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。 >"d?(@PJ
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。 oln<yyDs
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ]U_ec*a
' [p)N,
template < typename T > 8 ws$k\>
struct result_1 ,8VU&?`<}
{ a!,r46>$H
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; oF|N O^H
} ; 3W&S.$l
gH7z
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 658^"]Rk'/
{eHAg<+
template < typename T > @x{`\AM|%
struct ref dULS^i@@
{ q|dH~BK
typedef T & reference; .<&s%{EW
} ; ' Q7Y-V
template < typename T > 6"QEJ
struct ref < T &> K*vU5S
{ *e{PxaF!C
typedef T & reference; tP(h9|[N
} ; p3]Q^KFS
l-O$ m
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: l] !B#{
pv# 2]v
template < typename T > 0A[e sWmP
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const #kcSQ'
{ >k(MUmhX
return l(t) = r(t); H^AE|U*-G
} S4A q'
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。 Qc"'8kt
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 D"l+iVbBP
b"CAKl
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 NiSO'=y$n
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ?M}S|dsmE
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 l-)Bivoi
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Q*ju
sm
最后的布局是:
9
[Y-M
Add C"eXs#A
/ \ QMp rv*i
Divide 5 ]r/^9XaqtA
/ \ WeJ@xL
_1 3 -Zc![cAlO
似乎一切都解决了?不。 Q!'qC*Gyfn
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 Ew,T 5GG
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 U@-2Q=
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: W>-B [5O&[
4na8
template < typename Right > x]4Kkpqm
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Gi?_ujZR
Right & rt) const eN>0wd5{L
{ p,!$/Q+l
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); {{{#?~3$7
} R[Fn0fnLx
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 9lzQ\}
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 q{' ~+Nq
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 z@U}~TvP
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 M\oVA=d\0
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 ?dq#e9
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么?
dt,3"J
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 4<S'
_elX<o4
template < class Action > x\\7G^$<h
class picker : public Action >lzA]aM$c
{ vF={9G
public : "8<K'zeS8
picker( const Action & act) : Action(act) {} m#5_%3T
// all the operator overloaded B#l?IB~
} ; = !2NU
K`6z&*
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。 :%4imgY`
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: Ngy=!g?Hk=
~}ovuf=%
template < typename Right > m,MSMw1p
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const dQ:cYNm
{ h #.N3o
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [c&