一. 什么是Lambda >TY;l3ew
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 0y+^{@lU
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, GBT|1c'i
!|UX4
X^K^az&L
{-8Nq`w
class filler 'Grii,
{ goA=U
public : elQjPvb
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Z\xnPhV
} ; yCav;ZS_
`lWGwFg g(
I`H&b&
.`
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: Sk/@w[
)$bF*
BV:Ca34&
BQ)>}YHk
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); W/hzo*o'g
vdC0tax
[l3\0e6-/
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 B^r?N-Z A
;?tH8jf>
K) fKL
{H)hoAenA
二. 战前分析 {+=hYB|&
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 Z,e|L4&
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 R54ae:8
]& ckq
l nHY?y7{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); T3@2e0u )
/* --------------------------------------------- */ >Zs!
vector < int *> vp( 10 ); 6V%}2YE?X
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); vt2.
i$u
/* --------------------------------------------- */ G<D8a2q
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); \<*F#3U1
/* --------------------------------------------- */ (${ #l
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); tWTHyL
/* --------------------------------------------- */ #~)A#~4O
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); =eUKpYI
/* --------------------------------------------- */ 5X=1a*2']
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Zk((VZ(y
2[ofz}k]r)
gBv!E9~l
I`X!M!dB)
看了之后,我们可以思考一些问题: [`b,SX
x
1._1, _2是什么? gac31,gH
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 +]A,fmI.
2._1 = 1是在做什么? uX3yq<lK"
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 vJ}WNvncVF
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 qnboXGaFu
RQ=$,
i`
zKGZg>q
三. 动工 )'T].kWW
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 7PMz6
T` h%=u|D
&)tiO>B^6
G=|?aK{p
template < typename T > Zf3(!
a[
class assignment Ig}hap]G
{ G\dPGPPM
T value; i/+^C($'f
public : g;'S5w9S
assignment( const T & v) : value(v) {} H=C~h\me?
template < typename T2 > #o/;du
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } .1RQ}Ro,<
} ; hdx_Tduue
*6` ^8Y\
LYECX
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 v#&;z_I+
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Y4 z
jH9PD8D\
@I?,!3`jS
<Y7j' n
class holder /~u^@@.
{ bWp:!w#K
public : ^3$U[u%q/{
template < typename T > a<q9~QS
assignment < T > operator = ( const T & t) const ,--#3+]XU
{ f}(4v1T
return assignment < T > (t); aOGoJCt
C
} p-{ 4 $W
} ; F\xIVY
S1Y,5,}
T$"~Vu
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: fYy w2"
pLCj"D).M
static holder _1; gi,7X\`KQ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 8xAI n>,_
oQ
r.cKD ?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); g$Y]{VM.J
而不用手动写一个函数对象。 d.~ns4bt9
G{fPQ=
]vz6DJs
nc:/GxP
四. 问题分析 g 4=1['wW
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 t;VMtIW+E
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 7V::P_aUY
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 xIm2t~io
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 rtz-kQ38R
下面我们可以对这几个问题进行分析。 X,l7>>L{g
#)7`}7N
五. 问题1:一致性 =@M9S
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| z3i`O
La
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Yv]vl6<
DSRc4|L
struct holder i4D]>
{ ^UKY1Q.
// C;HEvq7
template < typename T > L;")C,CwQ
T & operator ()( const T & r) const \-]Jm[]^
{ E*5aLT5!,
return (T & )r; *
cW%Q@lit
} ^-PYP:*
} ; "r@#3T$
5}hQIO&^%
这样的话assignment也必须相应改动: z_xy*Iif
9_5>MmiB
template < typename Left, typename Right > 5A`>3w{3n
class assignment ASoBa&vX
{ a. D cmy{
Left l; W?zj^y[w
Right r; A'jL+dI.
public : Q"
h]p
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} mv:@ D
template < typename T2 > u-iQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } \Qah*1
} ; jm<^WQ%Cc
RyX11XU
同时,holder的operator=也需要改动: *(yw6(9%
;hq_}.
template < typename T > ? 3fnt"
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const N7"cMAs\G
{ 2Xv}JPS2As
return assignment < holder, T > ( * this , t); }rmr0Bh
} Dz~^AuD6
k8stXW-w
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。 lH_pG ~
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 )fXw ~
F~eYPaEKy!
return l(rhs) = r; >Vq07R
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。 /'DAB**
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 4uO88[=
xM<aQf\j
template < typename Tp > /1/'zF&R-
class constant_t G2wSd'n*y
{ @*xP A
const Tp t; t&43)TPb.
public : -!~pa^j
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} RjUrpS[I
template < typename T > j7g>r/1eE
const Tp & operator ()( const T & r) const ^^ix4[1$Z
{ J#wf`VR%
return t; ,|$1(z*a{c
} b)Nd}6}<?
} ; j07A>G-=
q/*veL
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 3:WHC3}W
下面就可以修改holder的operator=了 <bW~!lv
<Sd ef^
template < typename T > (kX:@9Pn
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 3;z1Hp2X
{ uYlyU~M:D
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); m=h/A xW
} !sI^Lh,Y
P*;[&Nn4
同时也要修改assignment的operator() s~(`~Y4
)Az0.}
template < typename T2 > b(@GKH"W
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ^"lEa-g&
现在代码看起来就很一致了。 ^2BiMH3j
Q$p3cepsK
六. 问题2:链式操作 ;8MQ'#
现在让我们来看看如何处理链式操作。 M*T!nwb
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。 :_HdOm
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。 /z!y[ri+J
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。 W^HE1Dt]
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct B)DuikV.D
nvQX)Xf
template < typename T > jpYZ)
So-
struct result_1 KIY`3Fl09
{ N?rE:0SJ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Y#9bM$x7
} ; 5>S1lyam
^ux'-/
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: L"1AC&~u
_
j'm2BAO
template < typename T > "usPzp5
struct ref G
9 &,`
{ 7ieAd/:_
typedef T & reference; w?"M
} ; Zr6.Nw
template < typename T > s4f{ziLp
struct ref < T &> h~%8p
]
{ vY4}vHH2
typedef T & reference; WyB^b-QmDh
} ; 73u97oe>1
mcQ
A'
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: pR2U&OA
wLI1qoDM
template < typename T > SCn)j:gH;
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const W4P\HM>2
{ dqBN_P%
return l(t) = r(t); FD%OG6db];
} 'bH~KK5
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 8yOhKEPX
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 TntTR"6aD
ZjY?T)WE9
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 z^9rM"
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: XLYGhM
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 >ZgV8X:
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 X<W${L$G
最后的布局是: b
~]v'|5[
Add V4Qy^nn1
/ \ PD^ 6Ywn>s
Divide 5 /={N^8^=x
/ \ u^'X>n)oL#
_1 3 H;AMRL o4z
似乎一切都解决了?不。 ]d{lS&PRlg
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。 Wzffp}V
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。 "Il)_Ui
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: i;qij[W. z
q!><:"#[G
template < typename Right > 5mL4Zq"
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const *(wxNsK
Right & rt) const dqgr98
{ &+hk5?c /
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); fpO2bD%$8
} l LBzY`j
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 c1R[Hck
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 H<nA*Zf2@R
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 HHgv,bC!
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 23houS
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 spQr1hx<
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? ^)`e}}
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 2"}Vfy
Ed_Fx'
template < class Action > 5~[][VV^
class picker : public Action [T[]U
{ nsq7dhq
public :
T^$`Z.
picker( const Action & act) : Action(act) {} i3L2N~:V
// all the operator overloaded f}.t
} ; eqOT@~H
9R-2\D]
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。 d mTZEO
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: <wd;W;B
?} E
M,
template < typename Right > -i91nMi]
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ,E%O_:}R
{ {C8IYBm
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); *].qm
g%
} j]- _kjt
>-3>Rjo>
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > -V"W
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。 |v#D}E
Z rgv*
template < typename T > struct picker_maker +.rOqkxJ
{ k3Puq1H
typedef picker < constant_t < T > > result; {}RU'<D
} ; {z;K0
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 0#m=76[b
{ E*,nKJu'r
typedef picker < T > result; 6u`$a&dR'l
} ; v7hw% 9(=
m9DTz$S.
下面总的结构就有了: v<(+ l)Ln
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。 $|[N3
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 k#/cdK!K
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 #2Vq"Zn
至此链式操作完美实现。 ])?h~
w~=xO_%
#IDLfQ5g
七. 问题3 *L Y6hph"
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 O OABn*
Fs =)*6}&
template < typename T1, typename T2 > <{YzmN\Z
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 23'{{@30
{ /Ah'KN|EN
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); %z.d;[Hs
} im)r4={
9
P{J9#.Zq&s
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: JFNjc:4{0
!HhF*Rlr
template < typename T1, typename T2 > s%~Nx3,
struct result_2 5'`DrTOA
{ Nm-E4N#'i
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 0;OZ|;Z
} ; )1GJ^h$l
n\BV*AH
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? */@I$*
这个差事就留给了holder自己。 :hWG:`
+^AAik<yl
*xj2Z,u
template < int Order > VP~%,=
class holder; zYWVz3l
template <> Z0XQ|gkH
class holder < 1 > <y7Hy&&y-
{ ~RBa&Y=Mb
public : -r~9'aEs
template < typename T > <*/Z>Z_c2
struct result_1 b=Ektq
{ ,[dvs&-*
typedef T & result; [a~@6*=
} ; ~,8#\]xR
template < typename T1, typename T2 > q @wX=
struct result_2 L`9.Gf
{ E7w^A
typedef T1 & result; y4=T0[
V
} ; F8/n;
template < typename T > Qs8yJH`v
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const g
4$
{ VyNU<}
return (T & )r; e(&u3 #7Nn
} )Q}Q -Zt
template < typename T1, typename T2 > R,OT\FQ<
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const \TDn q!)?
{ Zz'g&ew