一. 什么是Lambda .3|9 ~]
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 \-s) D#Y;r
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, M:`hb$k:
g-p
OO/|
`6mHt6"h
a
LmVOL{
class filler v[a#>!;s
{ +X*`}-3
public : DAu|`pyC%
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} GPR`=]n& &
} ; qfSoF|
b7AuKY{L
jq0tMTb%L
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: YRp\#pVnZ
zK-hNDFL{
($S{td;
Q"hI !PO+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); TLSy+x_gX
R^B2J+O
-/gS s<"
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 =H,cwSE+%
gs8L/veP
owMH
|~HlNUPR
二. 战前分析 0X0D8H(7Q
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。 y{<#pS.
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 S-rqrbr|AT
/hX"O?^
44W3U~1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); huF L [
/* --------------------------------------------- */ ]F@md(J
vector < int *> vp( 10 ); H~ZSw7!M8
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); k(
g$_ ]X
/* --------------------------------------------- */ Y;Ur8q
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); R&4E7wrdP
/* --------------------------------------------- */ "qj[[LQ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); z$Nk\9wm
/* --------------------------------------------- */ oX}n"5o:
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); okcl-q
/* --------------------------------------------- */ r/4]b]n
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); b}4/4Z.
k_a'a)`$6
DO\EB6xH>%
zl:D|h77
看了之后,我们可以思考一些问题: =+"'=o
1._1, _2是什么? 1}BNG ,n
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 g\-3c=X
2._1 = 1是在做什么? V^{!d}
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 u.[JYZ
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 yhdG 93
_#4,&bh8
3EZw F
三. 动工 1ZL_;k
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: V[I<9xaE
yo.SPd="Vx
}}1/Ede{5
&JlR70gdHi
template < typename T > z`5I1#PVA
class assignment 1!`768
{ ^d9raYE`'
T value; Dq?HUb^X
public : IA^)`l 7H
assignment( const T & v) : value(v) {} \!QF9dP4
template < typename T2 > :b;1P@W<
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } >Y'yM4e*
} ; "J5Pwvs-
fE*I+pe
v,+l xY
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 8-5jr_*
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment zsXH{atY
-HsBV>C
tTFoS[V
/>[6uvy#Q
class holder |2<f<k/UT
{ &{/>Sv!6#
public : R$fIb}PDr
template < typename T > #=H}6!18
assignment < T > operator = ( const T & t) const _A|\.(t
{ B^(rUR
return assignment < T > (t); <M OL{jan
} (1,#=e+
} ; ePpK+E[0Z
HCIF9{o1j>
R[9PFMn
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: lq8ko@
=Xjuz:9D~
static holder _1; 70
UgK E
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 IaTq4rt
e6i./bf3
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .&x?`pER
而不用手动写一个函数对象。 0^&R7Rv c
/Tf*d>Yh;
:_\!t45
`/JR}g{O
四. 问题分析 y [9}[NMZ
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。 DYKV54\ue
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。 ;]ShC\1
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 :z} _y&]
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Z^`=!n-V
下面我们可以对这几个问题进行分析。 C$RAJ
:iQ^1S`pH
五. 问题1:一致性 KO]?>>5S6
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?| WUWb5xA
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 :IT U0%;!+
eN<pU%7
struct holder !+45=d 5
{ "">fn(
// Cb%.C;q
template < typename T > uCP6;~Ns
T & operator ()( const T & r) const )Kk(P/s
{ /yw\(|T
return (T & )r; FSwgPIO>
} SeZT4y*=
} ; (_&V9vat=
>_0 i=.\
这样的话assignment也必须相应改动: jdg
~!<C
>H1|c%w
template < typename Left, typename Right > K!D_PxV
class assignment [rUh;_b\D
{ Z:o
86~su
Left l; $>h!J.t
Right r; itC *Z6^
public : `m@]
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ]~
#+b>
template < typename T2 > IGK_1@tq
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } W]!@Zlal
} ; 'e<HP Ni)
[zh4W*K_cq
同时,holder的operator=也需要改动: ^!o1l-Y^gr
43u PH1
)
template < typename T > C DnR
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const @O<@f8-
{ 4l%?mvA^m
return assignment < holder, T > ( * this , t); o! 2n}C
} KT
lP:pB;
#GY&$8.u*
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 hP4)8 >
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ||'i\X|[
oc3dd"8}@
return l(rhs) = r; XAQ\OX#
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 re ]Ste
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: C"U[ b%
(pT(&/\8
template < typename Tp > rF8W(E_=
class constant_t o8};e
{ 0\EpH[m}-
const Tp t; \tiUEE|k
public : *;OJ~zT
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 7Ykj#"BZ
template < typename T > P|e:+G 7
const Tp & operator ()( const T & r) const k W<Yda<a
{ Z^'?|qFj!
return t; :Wyn+
} RV0>-@/x
} ;
}@rg5$W
dN]Zs9]
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。
!fQJL
下面就可以修改holder的operator=了 z`emKFbv
2~G,Ia
template < typename T > }
*
?n?'
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const L;1$xI8tx
{ {h/OnBwG
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); =~GE?}.o
} kfMhw M8kP
a,/M'^YyN
同时也要修改assignment的operator() M>*0r<qn
_o@(wGeu#
template < typename T2 > .-SDo"K.h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Lv
`#zgo_f
现在代码看起来就很一致了。
'O.+6`&
zAeGkP ~K
六. 问题2:链式操作 `3f_d}b
现在让我们来看看如何处理链式操作。 |?OdV<5C
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 "C_T]%'Wm
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 g\ErJ+i
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 =)(3Dp
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct !1ML%}vvB,
E
S#rs="
template < typename T > mgi,b2
struct result_1 I#"t'=9H
{ a{<p'_
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; jP1$qhp
} ; YniZ(
~^K
I\}|Y+C$d/
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: u9TzZ
|0tg:\.
template < typename T >
uY.=4l
struct ref Ihdu1]~R{
{ w-
UKMW9"
typedef T & reference; @@'nit
} ; r8IX/ ,
template < typename T > 6!ZVd#OM%
struct ref < T &> K1:a]aU?Iu
{ Nc{]zWL9
typedef T & reference; ,5/V@;i
} ; +IG1IF
sa_R$ /H
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: kGpV;F==*
%moJF1
template < typename T > rFhW^fP/
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const >B0D/:R9
{ 6G'<[gL
j
return l(t) = r(t); IQT cYl
} ,*7H|de7
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。 #e*X0;m
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 gF3TwAr
!/947Rn
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 2A*/C7
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Wdo#?@m
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 T'8RkDI}-
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 2
#KoN8%
最后的布局是: .Y! :x=e
Add "9qp"%
/ \ VMx%1^/(
Divide 5 I0DM=V>;
/ \ N<(HPE};
_1 3 7$
d}!S
似乎一切都解决了?不。 z!:'V]
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。 s;J\Kc?"|
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。 J/t!-!
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: \83sSw
J^fm~P>.
template < typename Right > AliRpxxd
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const [h4o7
Right & rt) const a\pi(9R
{ ('t kZt%8
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ZW*n /#GUC
} %,|ztH/ Q
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 )Pli})
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。 kM!V.e[g
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。 1kmQX+f
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。 L,~MicgV
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。 6Nt$ZYS
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? YX*0?S
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: Zn&k[?;Al
J{Tq%\a3
template < class Action > 4<.O+hS
class picker : public Action $}R$t-
{ bC~~5Cm
public : )47MFNr~>
picker( const Action & act) : Action(act) {} m_*R.a
// all the operator overloaded %jEY3q
} ; TY.F pW
aV>aiR=
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。 EvE,Dm?h
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: =Ikg.jYq&F
D|_V<'
template < typename Right > ([ dT!B#aH
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const n|i"S`
{ VXm[-
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); +y&d;0!
} K>1X}ZMdD(
9s` /~ a@
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > n#*`!#
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!h^egP
gUVn;_
template < typename T > struct picker_maker *7" L]6
{ H"CUZ
typedef picker < constant_t < T > > result; WM,i:P)b
} ; ALGgAX3t
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > {8@\Ij
{ },c,30V'
typedef picker < T > result; ?znSx}t
} ; 1;&;5
?4[H]BK
下面总的结构就有了: mm[SBiFO\
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。 feEMg
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。 I,O#X)O|i
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Ip?]K*sq
至此链式操作完美实现。 rt4Z;
q\$6F)ha3
T_#,
A0 G
七. 问题3 N[U9d}Zv
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。 "T6#
j@1)K3Hga
template < typename T1, typename T2 > J]pa4C`
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 'Qn~H[$/p
{ A6UO0lyu
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); mBk5+KyT
} ohQAA h
>V;,#5F_
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: \#dl6:"
Z=+03
template < typename T1, typename T2 > IFuZ]CBz
struct result_2 X-JV'KE}^z
{ H+ZSPHs
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; BC/_:n8O
} ; gPEqjj
KN[d!}W:
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? {'bip`U.
这个差事就留给了holder自己。 j9y3hQ+q
#DI$Oc
$v27]"]
template < int Order > <{ru|-9
class holder; F^kwdS
template <> LSd*|3E}n
class holder < 1 > p1O6+hRio
{ fA^Em)cs2
public : ~&VN_;j_
template < typename T > s&
yk
struct result_1 [Ot,q/hBJ
{ ,M6ZZ* ,e
typedef T & result; RKkGITDk
} ; *\XH+/]+
template < typename T1, typename T2 > U;^[$Aq
struct result_2 Un@\kAY
{ @Hjea1@t
typedef T1 & result; pyB~M9Bp/
} ; &0v.E"0<
template < typename T > ;;&F1@3tBa
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const dcq#TBo8
{ +m$5a
YX
return (T & )r; TZB+lj1
} t#b0H)
template < typename T1, typename T2 > Z=$T1|
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const lrEj/"M
{ tIZ~^*'
return (T1 & )r1; 4tc:.
} 0Xl%uF+w
} ; oRY!\ADR
TMj4w,g4
template <> <+]f`c*Z
class holder < 2 > .YcN S%
{ FLr;`3
public : <n0{7#PDqw
template < typename T > Np,2j KF(
struct result_1 SBf FZw)
{ 4E3g,%9u
typedef T & result; *i%quMv
} ; jj&s}_75
template < typename T1, typename T2 > 5vOC CW
struct result_2 ;u-4KK
{ v1.*IV5Y
typedef T2 & result; tL(B pL'
} ; i@$*Csj\9*
template < typename T > sa#.l% #
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 5M){!8"S)#
{ +"!aM?o
return (T & )r; hx!7w}[A
} ]T<^{jG
template < typename T1, typename T2 > C7qYiSv
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const CEtR[Cu
{ shFc[A,r}
return (T2 & )r2; Ot9V< D6h
} [xaisXvI4
} ; 46XN3r
$kz!zjC'
h4`9Cfrq ,
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 a(x?fa[D
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: WH$HI/%*m
首先 assignment::operator(int, int)被调用: t_c?Wp~tH
1y[B[\
return l(i, j) = r(i, j); AU{:;%.g
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) }T(z4P3
6?gi_3g
return ( int & )i; wK*PD&nN
return ( int & )j; &RY