一. 什么是Lambda +@v} (
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Li$k<AM
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, 3{E}^ve
Mi-9sW
+& Qqu`)?F
}('QIvq2
class filler 6%axbB
{ K?eo)|4)DB
public : IMEoov-x
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} +T;qvx6
} ; ;:1mv
lK@r?w|<M
c(JO;=,@9
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: D4T+Gk"n
|,f6c
Omf
D]_\i[x
Ps-d#~4U;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); EFO Q;q
@35]IxD
`/iN%ZKum
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 9LRY
|%9~W^b
[a6lE"yr
$o^}<)DW
二. 战前分析 B-zt(HG
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。 L1+cv;t
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 F.hC%Ncu
OQyOv%g5C
8b
$7#
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ThB2U(Wf
/* --------------------------------------------- */ :v48y.Ij7s
vector < int *> vp( 10 ); ;W:Q}[
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 7%WI
/* --------------------------------------------- */ O;tn5
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Vt>E\{@[t
/* --------------------------------------------- */ ]t<%>Z$
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); >
[7vXm4
/* --------------------------------------------- */ 3EdPKM j&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); :eO0{JN4T
/* --------------------------------------------- */ Ha\ hQ'99
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); s=+G%B'
2|EoP-K7
5lbh
"m=
fA5#
2P{
看了之后,我们可以思考一些问题: 0U~JSmj:2K
1._1, _2是什么? ]|(?i ,p
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。 RUO6Co-
2._1 = 1是在做什么? y3GIR
f;>
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。 !Zx>)V6.
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。 7dIDKx
W3kilhZ
=#Jb9=zdR
三. 动工 ?Ci\3)u,P
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: m-]"I8[
xCD+qP^
Z
m>69gl
1owoh,V6
template < typename T > F.9|$g*ip
class assignment kM@,^`&
{ <z PyID`
T value; FUqiP(A
public : HC$cK+,ZU}
assignment( const T & v) : value(v) {} 7va%-&.&t
template < typename T2 > >@o*v*25
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } T9 1Iz+j
} ; ^
T S\x/P
MvA_tRO
'rgV]Oy
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 vJ s/ett
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment JJr<cZ4]
O5w\oDhMb
*{bqHMd4L
[; bLlS,
class holder 12E"6E)
{ _4w%U[GT,
public : 'tj4 ;+xf^
template < typename T > }I0^nv1
assignment < T > operator = ( const T & t) const 6W o7q\ "
{ j--#vEW
return assignment < T > (t); &-9D.'WzP
} >Ww F0W9?
} ; s Y,3
el<nY"c
rkrt.B
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: !.A>)+AK
g$qh(Z_s
static holder _1; nK[$ID
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 rXMv&]Ag
m[XN,IE#u
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .0
K8h:I
而不用手动写一个函数对象。 0 N(2[s_A
R:E:Y|&#
L xO'$oKZV
0J"3RTt
四. 问题分析 xHmc8G$zu
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。 DX|kO
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。 6r`g+Js/
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 h=aHZ6v
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 +}!eAMQ
下面我们可以对这几个问题进行分析。 8MdKH7
C%&7,F7
五. 问题1:一致性 :>5]A6Wi
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?| ~tWBCq 6
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 >_".
_gHJ4(?w
struct holder &*}S 0
{ pfG:PrZ
// d$ /o\G
template < typename T > 0WFZx
Ad"
T & operator ()( const T & r) const d0,I] "
{ "v06Fj>q
return (T & )r; )]}*oO
} B sAglem
} ; @UA>6F
6eBQ9XV
这样的话assignment也必须相应改动: LLMkv!%D
Y+N87C<
template < typename Left, typename Right > X$a Mf&x
class assignment )c*~Y=f
{ z t1Q_;
Left l; ` mi!"pm w
Right r; m-:k]9I
public : cGDA0#r
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} (8{Z@
template < typename T2 > >&TktQO_T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } T'X Rl@
} ; >wn&+%i&
W^x[maz
同时,holder的operator=也需要改动: @1pdyKK
=F`h2 A;a
template < typename T > gm8H)y,
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const _R]1J0
{ FR&RIFy
return assignment < holder, T > ( * this , t); .F]6uXd
} HZm44y$/
[x&&N*>N
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。 * PZ=$>r
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 #
;9KDt@
H/b(dbs
return l(rhs) = r; yP@=x!$
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。 }E=mZZ)
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: m=R4A4Y7
U>>J_2
template < typename Tp > 1osI~oNZ
class constant_t @ZmpcoDI
{ f?]cW h%
const Tp t; )z aMycW
public : Vq*p?cF .
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} @U&|38
template < typename T > GV9"8MZ6
const Tp & operator ()( const T & r) const Deam%)bXM]
{ b~|B(lL6Xm
return t; au8)G_A
} 2XE4w# [j
} ; r"n)I$
hZpFI?lqc\
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 []@Mk
下面就可以修改holder的operator=了 Bg3^BOT
@=9QV3D
template < typename T > Nb$ )YMbA
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const `1P
&
{ !vsUL-
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0ul2rZc
} Pvtf_Qo^
Z/0M9 Q%
同时也要修改assignment的operator() >Nov9<p
m$4 Gm(Up
template < typename T2 > FnCHbPlb
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } `a J[
!O
现在代码看起来就很一致了。 &1I0i[R
,+JAwII>O
六. 问题2:链式操作 <"t >!I
现在让我们来看看如何处理链式操作。 'd28YjtoX
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 /5o~$S
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。 "e(Nh%t
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。 q[+];
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct #):FXB$a
67#;.}4a
template < typename T > 6L2.88 i
struct result_1 ^v,^.>P
{ 0uZH H
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Di&tm1R1
} ; 2sXWeiJy;
)'qZ6%
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: s^6S {XJ
+>s[w{Svy
template < typename T > K
<0ItNv
struct ref p1Els/|
{ WUHijHo5(8
typedef T & reference; UE(%R1Py
} ; 9@!`,Co
template < typename T > b[/-lNrc
struct ref < T &> 'a0$74f z
{ z- ()7WY
typedef T & reference; LOp<c<+aW
} ; _/KN98+
P'g$F<~V
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: . [C~a
xL mo?Y*
template < typename T > fFsA[@5tul
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 2"NJt9w
{ aK,G6y
return l(t) = r(t); M*t{?o/t;
} WT1ch0~2
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。 P[D^*}
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 H3&$: h
2?HLEiI1
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 .i&]VGv
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: "6.kZ$`%
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 dfk=%lZYd9
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 :sJVklK
最后的布局是: kMUjSa~\
Add 65g\WB+/
/ \ Zj$U_
Divide 5 S25&UwUw
/ \ kMK-E<g
_1 3 G6L'RP
似乎一切都解决了?不。 aj1Zi3h
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 TJ+yBMd*%
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 3C5<MxtK
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: edA.Va|0
:dB6/@fW
template < typename Right > ZXp=QH+f
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const V,lz}&3L
Right & rt) const F(mm0:lT
{ )/Ul"QF
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); yw2sK7
} Yf<6[(6 O
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 lLl^2[4k5
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 8M!If
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 NKh 8'=S
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 KYMz
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 SxH b76 ;
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? PY~cu@'k{
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: Kk-A?ju@g
5ILce%#zL
template < class Action > LLCMp3qBz
class picker : public Action z^@98:x
{ u0\?aeg`
public : R{u/r%
picker( const Action & act) : Action(act) {} }fdo
Aid~
// all the operator overloaded u m,Zt
} ; e0qU2
!5&%
P b
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 hj s[$,1
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 YWS'i@
]|'Mf;
template < typename Right > Qn6'E
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const i#=s_v8
{ O6 bB CF;
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); |cUTP!iy
} N"@aisi)
7ZqC1
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Ar,B7-F!
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。 kg1z"EE
hv2@}<