一. 什么是Lambda ADR`j;2
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 =pk'a_P8-
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, CC)9Ks\
y.O? c&!
r p@=
IcQ?^9%{
class filler Z(<ul<?r
{ piId5Gx7
public : 7Ru0>4B
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ,7QnZ=F
} ; .s!:p pwl
v,M2|x\r}
B"qG-ci
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: `2@-'/$\I|
xS(sR x+A
TWs|lhC7!
>N,G@{FR
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); CD[7h
#ERn 8k
fk"{G>&8
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Ja (/ym^
ScTqnY$v
'sA&Pm
djSN{>S
二. 战前分析 Olno9_'
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。 "~[Rwh?
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 -
a=yid
%bimcRX#W
y^nR=Q]_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); eT|_0kx1
/* --------------------------------------------- */ MO D4O4z&
vector < int *> vp( 10 ); 3jI.!xD`
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); S:}s |![p
/* --------------------------------------------- */ !;xE7w
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); }Sh-4:-D
/* --------------------------------------------- */ ?k3b\E3
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); x$Dv&4
/* --------------------------------------------- */ wH`@r?&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); n;=A'g|Q
/* --------------------------------------------- */ e7qT;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); t/$xzsoJZr
3Yf$WE8#l
h49Q2`
]SPB c
看了之后,我们可以思考一些问题: nY8UJy}<oL
1._1, _2是什么? J~}UG]j n
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 )s8r(.W
2._1 = 1是在做什么? e56#Qb@$\
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。 ((5zwD
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。 XgbGC*dQ
7*5ctc!dG
]lo1Kw
三. 动工 |H A7 C
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: j~8+,:
Qnw$=L:
J)G3Kq5>:b
aE%VH ;?
template < typename T > _qg6(
X
class assignment %b?Pasf.
{ j"V$J8)[
T value; 35>}$1?-6
public : Ocb2XEF
assignment( const T & v) : value(v) {} "h2Ny#
template < typename T2 > c]]F`B
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } s6D-?G*u%8
} ; H94.E|Q\+
s/^k;qw
kmoJ`W} N
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 &8pXkD#A
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 9,W-KM
.$k"+E
ZFON]$Zk
IBqY$K+l
class holder /OP*ARoC21
{ gctaarB&
public : Cm4*sN.&)
template < typename T > bxN;"{>Xz
assignment < T > operator = ( const T & t) const F[u%t34'
{ V!P3CNK
return assignment < T > (t); V9VP"kD
} x.yL'J\)
} ; 6:,^CI|@t
2{CSH_"Z7
R]Oy4U,f
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: W'jXIO
V\ "5<>+O
static holder _1; [!le 9aNg
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 jE#8&P~
sV<4^n7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); wb[(_@eZ
而不用手动写一个函数对象。 k)s 7Ev*
=5`@:!t7
/)1-^ju
dO[4}FZ$
四. 问题分析 gp)ds^
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。 _p&$X
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ;N\?]{ L
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 S:YL<_oI|
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 j 7URg>i0
下面我们可以对这几个问题进行分析。 nrIL_
ak>NKK8P
五. 问题1:一致性 dmz3O(]$
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?| YZl%JX
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 qfu2}qUX~%
p]&Q`oh
struct holder "^z=r]<5
{ 2[po~}2-0
// QNXxpoS#
template < typename T > 8~E)gV+v
T & operator ()( const T & r) const ;#9|l=
{ K]8wW;N4
return (T & )r; BA-nxR
} 14!J\`rI
} ; =on!&M
%,et$1`g
这样的话assignment也必须相应改动: 3+3m`%G
Y}uQ`f
template < typename Left, typename Right > 4P!DrOB
class assignment %wW5)Y I
{ AnY)T8w
Left l; SAh054/St
Right r; TEyx((SK
public : }G+A_HF ^
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 5Kj4!Ai
template < typename T2 > ,,@`l\Pgd
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } k{jw%a<Sc
} ; cl{W]4*$
k_<{j0z.
同时,holder的operator=也需要改动: _|3TC1N$n
X'7S|J6s
template < typename T > jHH
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const O/9%"m:i
{ WV1 Z
return assignment < holder, T > ( * this , t); |HGb.^f?
} Us,[x Q
JjLyV`DJ
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 >x
ghq
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 PbUcbb17
:ZS8Zm"
return l(rhs) = r; +esNwz_
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 3C=clB9<
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: M#]|$\v(
t *
vg]Yc
template < typename Tp > Nu/Qa:H_{
class constant_t |8 2tw|<o
{ >B /&V|E
const Tp t; jne9=Als5
public : t!~YO'<dS
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ^>8]3@ Nh
template < typename T > &17,]# 3
const Tp & operator ()( const T & r) const t"/"Ge#a
{ WG/J4H`Od
return t; 5A$az03y$\
} $;uWj|
} ; .xkV#ol
KHecc/,,S
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 8@yc}~8 *
下面就可以修改holder的operator=了 LQ\
ELJj
VnSj:LUD
template < typename T > B9IXa;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const (GEi<\16[
{ (1AA;)`Kp
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Di<J6xu
} `JWYPsWk
]~00=nXFM/
同时也要修改assignment的operator() Cxk$"_
_Sgk^i3v
template < typename T2 > cbCE
$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } NQ!N"C3u
现在代码看起来就很一致了。 E`uaE=Mdq
%Mng8r
六. 问题2:链式操作 *76viqY;dE
现在让我们来看看如何处理链式操作。 _lPl)8k
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。 ?3,64[
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。 Dg>'5`&
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。 $wYuH9(
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct X!rQ@F3
>}DjHLTW\
template < typename T > ~"q,<t
struct result_1 37O#aJ,K
{ Uty(sDtu
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; q"+ q
} ; K>R;~
o
m-'(27
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: R8[iXXjku
#i +P(xV
template < typename T > Qw<kX*fxrI
struct ref +# RlX3P
{
AZy~Q9Kc
typedef T & reference; P10p<@?
} ; Dl zmAN
template < typename T > Sz|Y$,
struct ref < T &> 85%Pq:E
{ u1;e*ty
typedef T & reference; X(!AI|6Bt
} ; VX!Y`y^a
~*mOt7G
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ci,o8 [Y
(Gi+7GMV'
template < typename T > g\qL}:
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const n=G>y7b
{ BK(pJNBh
return l(t) = r(t); c3zT(FgO>N
} /m
Q2;*|
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。 }+{*, z
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 y'_V/w s
RD6h=n4B
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 g<2lPH
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: r%y;8$/-
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 mo|PrLV
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 7~kpRa@\P
最后的布局是: 5mna7BCEb
Add m0I #
/ \ -B *<Q[_
Divide 5 XWUvP
/ \ R(2HYZ
_1 3 iM?I
/\
似乎一切都解决了?不。 2H?I'<NoC
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 Bbl)3$`,
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。 O^X[9vrW
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: m~Y'$3w
' 1P=^
template < typename Right > xm}q6>jRV
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const vbRrk($`
Right & rt) const (>rS
_#^
{ wRXn9
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); t<!+b@l5
} YQ 8j
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 P\22op_te-
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。 +}c|O+6g
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。 CJMaltPp&
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。 t+=1 2{9;f
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。 Ad]<e?oN=
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? ']d!?>C@o
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: T6h;Y
8zQ_xE
template < class Action > 3x"@**(Q
class picker : public Action bK03S Vx
{ kyW6S+ #-
public : +A8=R%&b)[
picker( const Action & act) : Action(act) {} Kk!6B
// all the operator overloaded >a&