一. 什么是Lambda h:Gu`+D>W
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 E_e6^Sk5B(
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, ngohtB^]
2;a(8^n
myl+J;,]
+ZM)bbB
class filler ="wzq+ U
{ y*pUlts<
public : l*\y
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} PYbVy<xc
} ; i0$Bx>
*t[. =_v
E:9"cxx
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: Ez|oN,
FKNMtp[`
J_x13EaV0
=U%Rvm
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); -K9c@?
|KSy`lY-j>
1cS}J:0P
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ojyIQk+
S"wR%\NIp
.Asv%p[W
Lzu.)C@Amx
二. 战前分析 ho##Z*O
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。 )E@A0 W
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 @=}YTtq
0U%f)mG
X/iT)R]b
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); EQ'V{PIfj
/* --------------------------------------------- */ 1N7Kv4,
vector < int *> vp( 10 ); ]QzGE8jp*
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); %?e& WLS
/* --------------------------------------------- */ N(I&
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); X.hm s?]
/* --------------------------------------------- */ vnWWneeNr
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 8"sb;
/* --------------------------------------------- */ ~0beuK&p
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); kY*rb_2j
/* --------------------------------------------- */ }VS5gxI1.
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); yW$0\E6<r
N"nd*?
oD<kMK
JSW^dw&
看了之后,我们可以思考一些问题: yE}}c{hSn
1._1, _2是什么? ~//fN}~R
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 {} 3${
2._1 = 1是在做什么? !O `(JSoG
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。 ;\f gF@
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。 E_vq
(h>-&.`&
cSXwYZDx?
三. 动工 U}[I
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 5$V_Hj
^h69Kr#d4
ZosP(Tdq
j#cYS*^H
template < typename T > N[s}qmPha
class assignment -$\+'
\
{ $0vb^
T value; !o:f$6EA~C
public : RhncBKm*M
assignment( const T & v) : value(v) {} -i0~]*
template < typename T2 > :A/d to
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 5H*\t 7
} ;
TWA-.>c
Z'"tB/=W
:]\([Q+a
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 eEuvl`&
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment <StN%2WQ1
.&DhN#EN0
+j< p
\Kn>
,6-:VIHQ
class holder Wk)OkIFR
{ u6AA4(
public : 5`~PR
:dN
template < typename T > x[a<mk
assignment < T > operator = ( const T & t) const vN`klDJgW[
{ ibj87K
return assignment < T > (t); vX/T3WV
}
C
uB`CI
} ; #ZB~x6i6
wOU_*uY@6'
kM,C3x{A
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: 9[<)WQe6M
&5yVxL:
static holder _1; <g"{Wv: h
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 W"k"IvTW}
&litXIvT>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); y*qVc E
而不用手动写一个函数对象。 #d6)#:uss
{\81i8b]
o]4*|ARPs
? m
DI# ~)
四. 问题分析 E|iQc8gr&
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。 F(>Np2oi6
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。 1*\o.
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 h2G$@8t}I
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Q+[n91ey**
下面我们可以对这几个问题进行分析。 :tV*7S=)
x(1:s|Uyp{
五. 问题1:一致性 Fld=5B^}
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| AE[b},-[
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 JRB9rSN^
l3)}qu
struct holder `sn^ysp
{ 4h|c<-`>t
// k>;`FFQU>
template < typename T > Z?h~{Mg
T & operator ()( const T & r) const R!}H;[c
{ 6^]+[q}3
return (T & )r; !|^|,"A)
} b3=rG(0f
} ; 0XE4<U
eA2@Nkw~)
这样的话assignment也必须相应改动: %)1y AdG
8
-|$@-fY;
template < typename Left, typename Right > bCRV\myd`
class assignment ,E S0NA
{ C5o#i*|
Left l; Y]'Z7<U}*E
Right r; Va"0>KX
public : *4\:8
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ;U/&I3dzV
template < typename T2 > ag [ZW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } "\:`/k3
} ; +r2+X:#~T
]d$8f
同时,holder的operator=也需要改动: "@V Y
e"{{ TcNk
template < typename T > hOjk3
k
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const oB(?_No7
{ cr7 }^s
return assignment < holder, T > ( * this , t); _kef0K6
} M?1Y,5
=^M/{51j
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 L/$H"YOv
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 %O|iE M
Ag-(5:
return l(rhs) = r; , qMzWa
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。 XO.jl" xu
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: slCx w$
} Y12
template < typename Tp > n(1l}TJy
class constant_t @LF,O}[2J
{ R0KPZv-
const Tp t; .s?L^Z^
public : PxvyN_B#>
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} L>jY.d2w=K
template < typename T > ]C!gQq2'a
const Tp & operator ()( const T & r) const u-QB.iQ+s
{ W!Gq.M
return t; 8'HEms
} o_izl\
} ; XWBA^|-N
9}rS(/@
}
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 5TH~.^`Fi
下面就可以修改holder的operator=了 *7uH-u"5d
ZF!h<h&,
template < typename T > 9 P l
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Dj"F\j 1
{ Wf+cDpK
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); $0W|26;
} g2+2%6m0
Cjn#00
同时也要修改assignment的operator() h79}qU
Ouk^O}W6
template < typename T2 > Kg{+T`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } .YtKS
现在代码看起来就很一致了。 ; 5*&xz
7r6.n61F
六. 问题2:链式操作 j\eI0b @*
现在让我们来看看如何处理链式操作。 G<L;4nA)
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 yuh *
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 <$D`Z-6
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。 =*oJEy"
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct N=V==Dbu-
2=*H 8'k
template < typename T > OAgniLv
struct result_1 9SX +
{ AP3a;4Z#
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ahusta
} ; y6g&Y.:o
>xN
.F/[K
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: M[NV)q/)
NDN7[7E
template < typename T > nGC/R&
struct ref ^}RCoE
{ %Hu5K>ZNYp
typedef T & reference; W_JlOc!y
} ; Sj3+l7S?
template < typename T > p?02C#p
struct ref < T &> a1T'x~ '
{ akmkyrz '&
typedef T & reference; #$.;'#u'so
} ; ]_)yIi"
CXH&U@57{
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: bTI|F]^!
?e%ZOI
template < typename T > dB{Q"!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const l|u>Tb|V
{ !Lu2
return l(t) = r(t); ]}V<*f
} V.U|
#n5
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Z3Og=XHR
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 wi!?BCseq
?al'F q
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 4VHn \
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ><4<yj1
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 !Mx$A$Oj>
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 QFA8N
最后的布局是: T~-ycVc
Add ,<.V7(|t)
/ \ @JGP,445
Divide 5 49eD1h3'X[
/ \ |44Ploz2b
_1 3 |NlO7aQ>2H
似乎一切都解决了?不。 R7%#U`Q^A
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。 +V2F#fI/
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。 \UA[
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: (|2t#'m
."g`3tVK
template < typename Right > t^&Cxh
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const [:dY0r+
Right & rt) const pd?Mf=>#
{ G0Iw-vf
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); M*0]ai|;
} &s(^@OayE
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 :'Vf
g[Uq
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。 )705V|v
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。 Zj(AJ* r
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。 vz&|J
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。 7P} W
*
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? 9i:L&dN
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: 5=-Q4d
yNPVOp*
template < class Action > IW5,7.
class picker : public Action e1yt9@k,
{ e[1hz_v
public : nkPh,X\N0
picker( const Action & act) : Action(act) {} =F|{#F
// all the operator overloaded 3<Lx&p~%T
} ; jRa43ck
#<fRE"v:Q
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。 ZtNN<7
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: (g]!J_Z"
8\^R~K`sY
template < typename Right > Xg6Jh``
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 9X6h
{ yxPazz
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 2Ah#<k-gC;
} {p2!|A&a
+|3@=.V
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > }dX*[I
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。 j^*dmX
<sbu;dQ`
template < typename T > struct picker_maker )$2QZ
qX
{ -_g0C^:<,
typedef picker < constant_t < T > > result; ^^sE:
} ; qZdQD
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > M/f<A$xx_
{ #~]zhHI
typedef picker < T > result; H*n-_{h"t
} ; [jQp~&nY
&u."A3(
下面总的结构就有了: CO/]wS
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。 `v!urE/gg%
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。 %@b0[ZC
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 h,:m~0gmj
至此链式操作完美实现。 ]h`&&B qt
.vf'YNQ%
>58YjLXb
七. 问题3 [>I<#_^~
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。 l:~/<`o
LH.]DVj
template < typename T1, typename T2 > uh0VFL*@
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ;?Tbnn Wn
{ LVM%"sd?
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); %6 zBSje
} ~7w"nIs<c
s[>,X#7 y
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: mthA4sz
n&4N[Qlv,
template < typename T1, typename T2 > <d Wv?<o
struct result_2 +HpA:]#Y
{ tU5zF.%
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 'ZF{R3Xu
} ; 4i;{!sT
QE+g
j8
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? 1ba~SHi
这个差事就留给了holder自己。 b~P`qj[
{
'eC`04E
+.PxzL3?
template < int Order > 9.M4o[
class holder; )
w5SUb
template <> H7Rx>h_
class holder < 1 > ?=msH=N<l
{ /U*C\ xMm
public : DCO\c9
template < typename T > `g?Negt\v
struct result_1 oSKXt}sh
{ xj)F55e?
typedef T & result; }-{H Y
} ; 8NJqV+jn)t
template < typename T1, typename T2 > oCv.Ln1;Z
struct result_2 {w O|)|
{ Wis~$"
typedef T1 & result; 3pROf#M
} ; n38p !oS
template < typename T > %IA\pSE
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const G_8R K,H.
{ ~vhE|f
return (T & )r; Q$W
} O:R*rJ
template < typename T1, typename T2 > 2 a)xTA#
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const s\(k<Ks
{ |^I0dR/w:
return (T1 & )r1; EJ.SW5
} 76Cl\rV
} ; :S83vE81WK
eKgBy8tNS0
template <> p4rL}Jm&
class holder < 2 > ;`4&Rm9n?
{ >2)OiQ`zg
public :
DPxM'7
template < typename T > B]wk+8SMY.
struct result_1 ?3,:-"(@p
{ jOunWv|
typedef T & result; ZQsJL\x[UK
} ; 1=c\Rr9]
template < typename T1, typename T2 > &{hL&BLr
struct result_2 L#{S!P,"
{ #G|RnV%t$~
typedef T2 & result; [b%D3-}'
} ; >8^
$ [}w
template < typename T > lv<*7BCp
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 4B1v4g8}
{ 65P0,b6"OT
return (T & )r; nnEgx;Nl0
} D/xbF`
template < typename T1, typename T2 > 2WL|wwA
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ZF8 yw(z
{ 7IH@oMvE
return (T2 & )r2;
(N6i4
g6
} kZ
.gO
} ; }'V5/>m[
[PM2\#K
k,6f
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 jD]~ AwRJ
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: N^G
Mp,8
首先 assignment::operator(int, int)被调用: IqHV)A
x"=f+Mr
return l(i, j) = r(i, j); wk D^r(hiH
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) r'r%w#=`t
jXx<`I+]
return ( int & )i; Yui3+}Ms
return ( int & )j; F#Ryu~,"
最后执行i = j; UgNu`$m+
可见,参数被正确的选择了。 {X+3;&