一. 什么是Lambda }ee3'LUPX
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 k8cR`5@PK
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, iztgk/(+G
!Wy&+H*0
>n1UK5QD
|=W>4>
class filler [P]M)vJ**
{ 3Qp6$m
public : c~6ywuq+M`
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {@s6ly].
} ; $>Gf;k
[3qJUJM
;cb='s
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: BJqb'Hjd
:ra[e(l9
`g{eWY1l
[Uj,, y.wB
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); YL[y3&K
<4^y7]]F
u%Z4 8wr
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 e)i-$0L"
K%SfTA1TCB
u@zT~\ h*
"T} HH
二. 战前分析 M[e{(iQ:
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。 luz,z(
v
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 !m9g\8tE
ul"Z%
1]
vmW`}FKW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 4Cvo^k/I
/* --------------------------------------------- */ (e<p^TJ]
vector < int *> vp( 10 ); `2'*E\
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); =g=Vv"B_
/* --------------------------------------------- */ 1+-F3ROP
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 5jTA6s9z A
/* --------------------------------------------- */ ^AO2%09.S
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 0%3T'N%
/* --------------------------------------------- */ C+gu'hD
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 1i Q(q\%
/* --------------------------------------------- */ 5zt5]zl'
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); l_2YPon
h5))D!
+:z%#D
y|WOw(#
看了之后,我们可以思考一些问题: CS"p3$7,
1._1, _2是什么? P?y{9H*
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 S_Vquw(+
2._1 = 1是在做什么? ?[lKft
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 -AKbXkc~\
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 a0
w
?\a';@h
,Nev7X[0
三. 动工 {1GIiP-U
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: "~IGE3{
nm<S#i*
]8opI\
-} +PE 4fh
template < typename T > !i=k=l=
class assignment D&8*4>
{ >Wj8[9zf
T value; bvo
}b-]E
public : cp+eh
assignment( const T & v) : value(v) {} @'S !G"\
template < typename T2 > }$s._)a
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } r}t%DH
} ; uC1v^!D
Y FW0
%W$?*Tm
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ?^:
xNRE$j
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 1;+(HB
q5~fU$ ,
vu)V:y
DFqVZ
class holder jyjK~!0
{ h,'m*@Eg
public : )W![TIp
template < typename T > .fS1
assignment < T > operator = ( const T & t) const Lmyw[s\U
{ 6z+*H7Qz
return assignment < T > (t); No)@#^
} =7U8`]WA
} ; $ZE"o`=7
%MN>b[z
fkr;
a`<W
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: <1E*wPm8
Gt?ckMB
static holder _1; $e![^I]`
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 dp>Lh TLc
$RV'DQO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); -ID!kZx
而不用手动写一个函数对象。 n15lX,FI
C`C$i>X7^
O7T wM Yh
&k {1N.
四. 问题分析 Yy8%vDdJO
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。
jQ Of+ZE
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。 ^2um.`8
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 `LCxxpHi|
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 _6Fj&mw(u
下面我们可以对这几个问题进行分析。 }U7><I
8I=migaxP
五. 问题1:一致性 |;P9S
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?| ?QCHkhU
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Y<-dd"\
0@8EIQxK"
struct holder _}wy|T&7k&
{ 4 5\%2un
// _zj}i1!E"
template < typename T > LP:C9Ol\
T & operator ()( const T & r) const EK}f-Xei
{ DvvjIYB~
return (T & )r; u-E*_%y
} KcX] g*wy
} ; g4*]R>f
20H$9M=}
这样的话assignment也必须相应改动: vZpt}u
*a4nd_!
template < typename Left, typename Right > Y$?<y
class assignment slMWk;fmD}
{ `ynD-_fTN
Left l; Y:XxTa*
Right r; `l95I7
public : A?*_14&
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ro4 XA1
template < typename T2 > KBo/GBD]|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } nr<&j#!L
} ; hUy\)GsT
I 0}+}{M:
同时,holder的operator=也需要改动: `7zNVYur8
}$|uIS
template < typename T > ZKa.MBde
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const D0=H&Z[
{ @l:\Ka~TS
return assignment < holder, T > ( * this , t); u;*Wc9>sU
} &Rx-zp&dJ
fu 95-)M
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 0@ 9em~
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 NPM}w!
+LM/< l
return l(rhs) = r; k%Q>lf<e
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 !fcr3x|Y~M
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: +<P%v k
')/yBH9mR
template < typename Tp > Dh|8$(Jt
class constant_t =@>[
{ z`D;8x2b
const Tp t; ggUJ -M'2h
public : n1xN:A
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ?qt>;o|Ue
template < typename T > 8j}CP
const Tp & operator ()( const T & r) const p}NIZ)]$
{ "7pd(p *C
return t; S5Q$dAL
} 4=>4fia&D
} ; Py[Z9KLX
^ cn)eA
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 `AA[k
下面就可以修改holder的operator=了 eJrJ5mlI`
H}QOoXWkg
template < typename T > V[Jd1T
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const D@(Y.&_
{ `UpZk?k
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 8ctUK|
} Yl+r>+^
Ii,Lj1Q
同时也要修改assignment的operator() Z`5v6"Na
L+PrV y
template < typename T2 > 1wl8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } yU~OfwQ
现在代码看起来就很一致了。 ]kuMzTH
SPxgIP;IR
六. 问题2:链式操作 F.b;O :
现在让我们来看看如何处理链式操作。 sSC yjS'T
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 c"3 a,&
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 Yq.Cz:>b
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 8#w}wGV*
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct )}
y1
eXI ^9uH
template < typename T > 2c.~cNx`q[
struct result_1 /u
}AgIb
{ E3\O?+h#
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; A`4j=OF\
} ; :mU,g|~55
42?X)n>
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: Pgs^#(^>
c_]$UM[7L
template < typename T > 95,y@~*]
struct ref 9Kw4K#IqQ
{ 2bS)|#v<_t
typedef T & reference; '~ 3a(1@8
} ; :cmfy6h]
template < typename T > O1Gd_wDC/i
struct ref < T &> SB1\SNB
{ mKwhd} V
typedef T & reference; 9qe6hF/29
} ; x )wIGo
f$mfY6v
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: %Lexu)odW
;6I{7[
template < typename T >
] }XK
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 0sq1SHI{
{ `J^J_s
return l(t) = r(t); yG5T;O&
} "PBUyh-Z
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 'g8~539{&
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 SnRTC<DDh
}*m:zD@8$
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 9N|O*h1;u
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: cxdhG"
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 2+Z2`k]AC
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 <`sVu
最后的布局是: wxARD3%
Add gOZ$rv^g
/ \ '}*5ee](S
Divide 5 rp.S4;=Q 9
/ \ |lIkmW{
_1 3 ,8g~,tMr+
似乎一切都解决了?不。 XB-pOtVm
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。 zPU&
}7
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。 A+3@N99HeH
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: 6I(y`pJ
Zr_{Z@IpU
template < typename Right > MI|DOp
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const \BaN?u)a
Right & rt) const '|<