一. 什么是Lambda k9l^6#<?
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 bhn5Lz$z
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, ZlrhC= 0
s*f1x N<
qT$)Rb&
Y5n>r@)m
class filler J=@xAVBc
{ |f<9miNu
public : V7BsE w
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} f -7S:,
} ; S4)A6z$
kAeNQRjR
zMr&1*CDX
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: [NL -!
$5x]%1R
]9s\_A9
[-Cu4mff
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); O)`Gzx*ShU
v[VC2D
LaclC]yLU
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 %uua_)
i$["aP~G
zXjwnep
AxEc^Cof
二. 战前分析 >4~#%&
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。 W1hX?!xp!
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-Z/5~ X
"
<Qm
-
s@PLS5d"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); C;ptir1G;
/* --------------------------------------------- */ JDKLKHOMZ
vector < int *> vp( 10 ); [EER4@_
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 7/
t:YBR
/* --------------------------------------------- */ xdqK.Z%
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 7C?E z%a@
/* --------------------------------------------- */ U:\p$ hL9
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); BtzYA"
/* --------------------------------------------- */ Sj@15 W
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); jccOsG9;_
/* --------------------------------------------- */ %7 /,m
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); :WO{x g
W/=7jM
*t]v}ZV*
jI A#!4
看了之后,我们可以思考一些问题: !UVk9
1._1, _2是什么? \OT6L'l],
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。 bLco:-G1E1
2._1 = 1是在做什么? G%$}WA]|
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Bh,Q8%\6
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 vbaC+AiX
[Teh*CV
>e/ r2U
三. 动工 `|,Bm|~:
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: {pC\\}
zQ_z7FJCB
3
1k
"O``7HA}
template < typename T > /S[?{Q A
class assignment F)7j@h^
{ b Ob
Nc
T value; !?b/-~o7S
public : ki#bPgT
assignment( const T & v) : value(v) {} WGPD8.
template < typename T2 > J)KnE2dw5
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } F<gMUDB
} ; /=@e &e
=W<[Fe3
H nd+l)ng
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 7gr^z)${J
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment UBIIo'u
8jNOEM(0Y+
)(]Envb?A0
`,P
>mp)uU
class holder N8QH*FX/F1
{ x9D/s`!
public : d#8e~
template < typename T > jqtVpNwM
assignment < T > operator = ( const T & t) const _JA:.V^3gm
{ !=y Q)l2
return assignment < T > (t); bJ6p,]g
} ol }`Wwy
} ; .6Fsw
e5 3,Rqi)@
TRy^hr8~
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: WN\PX!K9
6+e4<sy[E
static holder _1; {Zl4C;c
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 tgB=vIw?3
+99Bi2H}o
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); QtlT&|$
而不用手动写一个函数对象。 R>HY:-2
Why"G1`
f"P$f8$
&`@lB (m
四. 问题分析 U=DEV7 E
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>$>A(
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。 6n,xH!7
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Yv=g^tw
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 *:S~C
下面我们可以对这几个问题进行分析。 `2e_ L
L;lk.~V4T
五. 问题1:一致性 32^#RlSu8
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?| A_F0\ EN*
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 }*Zo6{B-
- wWRm
struct holder bw5T2wYZ
{ U(Z!J6{c
// XWXr0>!,?
template < typename T > I=odMw7Hj
T & operator ()( const T & r) const $L\@da?
{ AqqHD=Yp
return (T & )r; KSsWjF}d
} w5(yCyNp~
} ; ]5)"gL%H`
`I#`:hj
这样的话assignment也必须相应改动: lRH0)5`
aaT5u14%
template < typename Left, typename Right > /ao<A\KR
class assignment AK;^9b-}q:
{ AAo0M/U'
Left l; &?r*p0MQC
Right r; p&O8qAaO
public : A Iv<f9*.:
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ~j]dct7
template < typename T2 > rKT)!o'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ?Q?598MC
} ; \HD-vINV;
N%*9&FjrL
同时,holder的operator=也需要改动: gmDR{loX
h1c{?xH2r
template < typename T > 5us^B8Q
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Kr]W
o8dWy
{ O{u[+g
return assignment < holder, T > ( * this , t); !t%Q{`p
} qK,V$l(4#
/tzlbI]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。 =hhvmo
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 QoWR@u6a
Y$+QNi
return l(rhs) = r; )ji@k(x27q
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 6Hl<,(vn
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: o?y"]RCM
XR+rT
template < typename Tp > 9t0Cj/w}
class constant_t ` yYvYc
{ 3C#RjA-2[
const Tp t; zb?kpd}r
public : ZMJ3NN]F
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ydup)[n
template < typename T > k:mlt:
const Tp & operator ()( const T & r) const ]LVnt-q
{ Z)5klg$c
return t; ]!J<,f7W
} ki3 HcV
} ; #//
%&k
Z'e\_C
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 5;(0 $4I
下面就可以修改holder的operator=了 W} Zb~[,
gwJ}]Tf
template < typename T > (V)9s\Le_
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 7IQqN&J
{ 2m_H*1HJ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0mVuD\#=!
} mtIMW9
mYzcVhV
同时也要修改assignment的operator() o6|"J%9GX
ng
9NE8F
template < typename T2 > qh H+m
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } c&b/Joi7@
现在代码看起来就很一致了。 _0m}z%rI
F^]aC98]1
六. 问题2:链式操作 -F1P28<?
现在让我们来看看如何处理链式操作。 qsTq*G
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。 "vsjen.K>
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。 V(DjF=8
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。 F^xaz^=`u
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct !]G jIT]Oh
0JyqCbl
template < typename T > F@EZ;[
struct result_1 K k`<f d
{ RyE_|]I62u
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ,8~dz
} ; ]` K[W &
<ZV7|'^
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: WSS(Bm|B
ExQ--!AC=
template < typename T > w~]}acP
struct ref aoK4Du{
{ Txu>/1N,
typedef T & reference; aX]y`
} ; Lg b
template < typename T > &*jixqzvn
struct ref < T &> FbuKZp+
{ c[Yq5Bu{y
typedef T & reference; ]a=l^Pc(xN
} ; 9!cW
.jCk#@+
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: e_^KI
=@%MV(
template < typename T > =^by0E2
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Fos1WH?\
{ 1&} G+y
return l(t) = r(t); v >NTh
} kHZKj!!R
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。 sY_fq.Z
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 aC4m{F[
pIL`WE1'
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 ijg,'a~3E
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: w2'
3S#nZ
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /lru"R D
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ypxC1E
最后的布局是: S;BP`g<l=
Add IG>>j}
/ \ CO7CNN
Divide 5 )|Jr|8
/ \ ,I=O"z>9
_1 3 C>M6&=
似乎一切都解决了?不。 6mX: =Q
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。 8XgVY9]Qm
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。 eMztjN
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: =g1 D;
1/!nV
template < typename Right > Qve`k<Cj"
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const K:C+/O
Right & rt) const 7~:>WMv9
{ =GLYDV
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); V.+DP
} omr:C8T>
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 -B",&yTV
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。 XPrY`,kN
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。 Fv<]mu
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。 *%;6P5n%
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。 H#_}^cGPR=
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? G6f%/m`
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: S".owe$\
YstXNN4
template < class Action > 3huzz<n3
class picker : public Action N <ja6Ac
{ Z5 w`-#
public : qEPf-O:lm
picker( const Action & act) : Action(act) {} A5`#Ot*3
// all the operator overloaded l[:^TfB
} ; k:@a[qnY
1i ?gvzrq
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。 i_'|:Uy*F
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: N.kuE=X
s#M?
tyhj
template < typename Right > uHTKo(NG
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ikeJDKSG
{ @?(nwj~ s`
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); K%o6hBlk_
} T
"ZQPLg
@DRfNJ}
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > )WzGy~p8K
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。 3XM Bu*
PL9zNCr-[
template < typename T > struct picker_maker `@W3sW/^
{ }S1Z>ZA5
typedef picker < constant_t < T > > result; zS#f%{
} ; Tq_1wX'\
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 94S .9A
{ $@XPL~4
typedef picker < T > result; 5VCMpy
} ; bf&.rJ0
RI7qsm6RN
下面总的结构就有了: ;F"
kD
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 }?\#_BCjx(
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 fq)Ohb
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 mg/C Ux
至此链式操作完美实现。 \k2C 5f
Nn~tb2\vk
`HMligT
七. 问题3 gwZ+GA
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 TPV6$a <
11^ {WF
template < typename T1, typename T2 > p7?CeyZ-V
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const T +|J19
{ `Pz!SJ|
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 5pN08+
} 'US8"83
TZvBcNi
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: &z{dr~
~)oWSo5ll
template < typename T1, typename T2 > BVwRPt
struct result_2 RBMMXJj
{ 3}.mp}K5
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; U~JG1#z6
} ; %FXI lH5
2`q^Q
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? 4okHAv8;
这个差事就留给了holder自己。 n]kQtjJ
fS8XuT
?(|TP^
template < int Order > fD]An<
class holder; ]DL>
.<]d
template <> +3~Gc<OO
class holder < 1 > `&"H*
Ie
{ *;V2_fWJ@
public : -Ihn<<uE?
template < typename T > ~Sn5;g8+\
struct result_1 Ynk><0g6
{ =B,_d0Id
typedef T & result; =]2RC1#}e
} ; MfZ}xu
template < typename T1, typename T2 > J"a2
@S&
struct result_2 8H$@Xts
{ .3g\[p
typedef T1 & result; GSUOMy[M-
} ; .wt>.mUH
template < typename T > 9phD5b~j
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 9>}(]T
{ |{}d5Z"5;}
return (T & )r; ||"":K
} {U+9,6.`
template < typename T1, typename T2 > s`$_
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const z?IY3]v*z<
{ :*w:eKk
return (T1 & )r1; `,8R~-GPD
} T{ v<