一. 什么是Lambda ~UO}PI`C
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 q<z8P;oP^
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, Ab j7
zYY]+)k?
9=T;Dxn
<Y1Plc
class filler NqOX);'L0
{ } -;)G~h/"
public : Zxqlhq/)
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Qb/:E}h]$
} ; "Z,T%]
4\v &8">LL
h\3-8m
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: ~;Y Tz
.f-=gZ* *
Ny/eYF#
VWHpfm[r%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); y1PyH
Cfd* Q
~AX~z)
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 j_<!y(W
~:f..|JM
R"P-+T=7M
R*lq7n9
二. 战前分析 9oO~UP!ag
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。 1kL8EPT%o
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 \'Et)uD*
wW)(mY?
(Y7zaAG]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); sw$uZ$$~#
/* --------------------------------------------- */ L{8_6s(:
vector < int *> vp( 10 ); LOfw
#+]d
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); <Ohi+a%6
/* --------------------------------------------- */ r#)1/`h
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); rg >2tgA
/* --------------------------------------------- */ kln)7SzPuk
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Bh cp=#
/* --------------------------------------------- */ ZnI15bsDx
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); id5`YA$
/* --------------------------------------------- */ gz[3 xH~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); J-dB
g([:"y?
Q#SQ@oUzD
$>O~7Nfst7
看了之后,我们可以思考一些问题: !R\FCAW[x
1._1, _2是什么? lbIPtu
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 XJ3sqcS
2._1 = 1是在做什么? .|R4E
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 N\|z{vn
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ]T]{VB
^&1O:G*"
|H_WY#
三. 动工 n^ fUKi*;
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: N=2T~M 1
`}=R
Qm[s"pM
hd9HM5{p
template < typename T > ztSQrDbbb4
class assignment (M$>*O3SR
{ c6 mS
T value; -X$EE$:
public : wxh\CBxG
assignment( const T & v) : value(v) {} QtKcv7:4
template < typename T2 > UiH7
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } @g5y_G{SP
} ; ]&Y^
5{V"!M+<
;j1E 6
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 `<se&IZE
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment KU` *LB:
T&]-p:mg^
|JYb4J4Ni
,/b!Xm:
class holder q q&U)-`
{ H@xS<=:lM
public : 3_XLx{["'
template < typename T > s)qrlv5H
assignment < T > operator = ( const T & t) const jmr
.gW
{ .UL2(0
return assignment < T > (t); P%e7c,
} = N*Jis
} ; *
CR#D}F
N?vb^?
e
c]kt'
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: YQG
l8E'
Y#68_%[
static holder _1; ?cRF;!o"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 /ie&uWy
Ei @
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); \/3(>g?4
而不用手动写一个函数对象。 0 x-g0]
TxG@#" ^g}
e~lFjr]
sS}:O d
四. 问题分析 e3;D1@
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。 a#r{FoU{M8
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。
J3
Q_
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 kMch
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 )f:i4.M
下面我们可以对这几个问题进行分析。 2\1+M)
'|ntwK*f
五. 问题1:一致性 I{(!h90
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?| lgU!D |v
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 BVb^ xL
LsERcjwwK
struct holder ^ l]!'"
{ !s=$UC
// gE\ ^ vaB
template < typename T > C
6
\
T & operator ()( const T & r) const C][hH?.
{ L4/ns@e
return (T & )r; n~yKq"^
} $"/l*H\h
} ; >EJ{ *
KUZi3\p9W>
这样的话assignment也必须相应改动: wCLniCt
)Ac,F6w
template < typename Left, typename Right > H;nzo3x
class assignment Zwc&4:5%
{ ?; W"=I*3
Left l; o[!o+M
Right r; YTefEG]|q
public : # `E
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Cb{D[
template < typename T2 > m6e(Xk,)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } :P_h_Tizv
} ; 8+oc4~!A@n
X^eyrqv
同时,holder的operator=也需要改动: Ljz)%y[s
2T2<I/")O
template < typename T > G^)]FwTs
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const a^J(TW/
{ ]C,j80+pK
return assignment < holder, T > ( * this , t); %;QK5L
} Hl8-q!
hTLf$_|P
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。 yg}O9!M J
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ct-Bq
YM_ [
return l(rhs) = r; cwzkA,e@
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。 g.9C>>tj
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: _$>);qIP4
aF?_V!#cT
template < typename Tp > vf3) T;X>
class constant_t I(~([F2
{ mU4(MjP?
const Tp t; c.]QIIdK
public : 0<`qz |_h
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} G^d3$7
template < typename T > H I|a88
const Tp & operator ()( const T & r) const a8T9=KY^
{ cOP'ql{"
return t; e#HPU
} 5CK\Z'c~!
} ; A_@..hX(
?Sh]kJO
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 i_*yS+Z;
下面就可以修改holder的operator=了 )'n@A% B
s 7 nl
template < typename T > G]aey>)
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const zy$jTqDH
{ $jh$nMx)!
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ^ou)c/68aQ
} _@B?
yy{YduI
同时也要修改assignment的operator() fphCQO^#vW
h<&GdK2U+
template < typename T2 > 4Px|:7~wT8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } a+LK~mC*
现在代码看起来就很一致了。 ,HDhP
ASy?^Jrs5
六. 问题2:链式操作 GZaB z#U
现在让我们来看看如何处理链式操作。 K]$PRg1|3
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ^O7sQ7V"f=
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 j$Ndq(<tG
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。 Nut&g"u2
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct >A{Dpsi\
Q(w;
template < typename T > *RS/`a;,
struct result_1 ?X|q
{ {ax]t-ZwJ5
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; r*b+kSh
} ; Fvk=6$d2
%|H]T]s
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: O
MQ?*^eA
~`BkCTT
template < typename T > Ich^*z(F$
struct ref P,] ./m\J
{ &Pme4IHtm
typedef T & reference; Ti)Me-g
} ; 5?H8?~&dz
template < typename T > bEcN_7
struct ref < T &> P.Bwfa
{ :u9'ZHkZ
typedef T & reference; DQ+6VPc^o
} ; *yT>
k^ZP~.G
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: W6>t!1oO+
.:&`PaMt
template < typename T > ep"{{S5g
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const tcoG;ir
{ yOz6a :r
return l(t) = r(t); '8)kFR^9
} &X:;B'
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。 =M-=94
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 F&!vtlV)
fWJpy#/^*K
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 toGd;2rl
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ?0:]%t18
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 t!3s@
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 O#;sY`fy_M
最后的布局是: Y)/|C7~W
Add %bTuE' `b
/ \ pqO0M]}
Divide 5 h%F.h![*
/ \ 9l~D}5e7
_1 3 6HBDs:
似乎一切都解决了?不。 1A'eH:$
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。 AH n!>w,
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。 (y;
6H
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: stK}K-=`
0'6ai=W
template < typename Right > v@ QnS
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const MuMq%uDA"
Right & rt) const &G_#=t&
{ o#6QwbU25
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); LTS{[(%
} &C