一. 什么是Lambda H)VzPe# {
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 (eEs0
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, L$rMfeS
?vn9HhTD
_ 0g\g~[
yNU.<d 5
class filler {>rGe#Vu
{ Al-;-t#Dc
public : nEgDwJ<wl
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} OJ!=xTU%h
} ; DITo.PU
kACgP!~/1
S;L=W9=wby
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: _'Rzu'$`
[3|&!:4g6
(RBzpAiH
x4=Sm0Ro|V
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); b;k3B7<
LfsqtQ=J`
IF~E;
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 R;l;;dC=
K~6,xZlDWM
bbe$6x wi
g:rjt1w`D
二. 战前分析 ]/ffA|"U`
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。 AS?
ESDC
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 vOQ
3A%/
}"x#uG
:/<SJ({q
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); DElrY)3O.
/* --------------------------------------------- */ $s.:H4:I
vector < int *> vp( 10 ); ;U)xZ _Ew~
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); E>I\m!ue
/* --------------------------------------------- */ UYw=i4J'
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 19j"Zxdg Y
/* --------------------------------------------- */ iKM!>Fi
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); :}*
/* --------------------------------------------- */ $s]vZ(H
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); )sZJH9[K
/* --------------------------------------------- */ ``:+*4e9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); +{h.nqdAE
+S6(Fvp
#T3dfVWv
6Q*Zy[=
看了之后,我们可以思考一些问题: %iR"eEE
1._1, _2是什么? m-u0U
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 wG@f~$
2._1 = 1是在做什么? (J 1:J
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。
YG_|L[/#
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。 Ek6z[G`
O
@s.civ!Yk
H ]z83:Z
三. 动工 O;lGh1.
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: qd<-{
yQ!I`T>a
s3sPj2e{
E< Y!BT[X
template < typename T > Z_;!f}X
class assignment CC
B'
{ 1Eh6ti
T value; 8_Nyy/K#F
public : MSaOFv_Q
assignment( const T & v) : value(v) {} nq5qUErew
template < typename T2 > !9t,#?!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ^_gH}~l+U
} ; x/dyb.
Xti.yQx\
0fzHEL
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 lG5KZ[/Or
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment %jJ|4\
D/YMovH%
{n\Ai3F-
]?%S0DO*
class holder UQ#t &
{ @1N.;]|
public : ?DGg.2f
template < typename T > cq0-Dd9^&
assignment < T > operator = ( const T & t) const |=js!R|
{ `gAW5 i-z5
return assignment < T > (t); J9-n3o
} p1UYkmx[
} ; 3 <)+)n
zfw=U
\
m6uFmU*<M}
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: <?>tjCg'
A{p_I<
static holder _1; "H#pN;)+
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 $5:I~-mx
:s*t\09V7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 3i1TBhs6
而不用手动写一个函数对象。 2]]}Xvx4#
2<9&OL
:nOI|\rC
n^|SN9_r
四. 问题分析 Vi`P
&uPF
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 Re+oCJ
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 22'Ra[
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 DwGRv:&HH
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 bFhZSk)
下面我们可以对这几个问题进行分析。 iJH?Z,Tjf
y+p"5s"
五. 问题1:一致性 +Sc2'z>R
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| *q"1I9zvT
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 T+q5~~\d
w75Ro6y
struct holder )t((x
{ @?>5~
// Oy b0t|do+
template < typename T > fZoQQ[s
T & operator ()( const T & r) const PhAD:A
{ 5=\^DeM@
H
return (T & )r; WcQkeh3n
} 8"TlWHF`
} ; 4V c``Um
+IMt$}7[
这样的话assignment也必须相应改动: fR?'HsQg
KrR`A(=WL
template < typename Left, typename Right > Sk:x.oOZ
class assignment (|#%omLL
{ gF`hlYD
Left l; `6RccEm
Right r; X"vDFE`?
public : ~k%XW$cV
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 6VS_L@
template < typename T2 > \TYVAt]
?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } FY-eoq0O3
} ; 5{WvV%
8H1&=)M=
同时,holder的operator=也需要改动: E62_k
0q
}u8g7Nj
template < typename T > q6b&b^r+H
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 4 L
5$=V
{ 2a;[2':
return assignment < holder, T > ( * this , t); )?I*zc
} 8)MWC:
&-w. rF@
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。 EG|_YW7
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 kGL3*x
r i)`e
return l(rhs) = r; ZmycK:f
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。 f3imkZ(
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: OI8}v
0x<G\ l4
template < typename Tp > +=d=
class constant_t >vR2K^
{ j<6+p
r
const Tp t; jtq^((Ux
public : =GW[UnO
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} sl"H!cwF
template < typename T > yu@Pd3
const Tp & operator ()( const T & r) const x<OVtAUB
{ j/F('r~L
return t; Sx (E'?]
} m.\JO
} ; FUZuS!sJ
|DPq~l(d
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 aL&9.L|1g
下面就可以修改holder的operator=了 4#.Q|vyl]"
]vPdj"7
template < typename T > PRNq8nmxC
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const )=bW\=[8
{ OEX\]!3_Fm
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); <r(D\rmD
} ks
%arm&
1
.[OS
同时也要修改assignment的operator() i) Q
d>(v
~;YkR'q0_
template < typename T2 > [Q\(kd*4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } +\u\BJ!LAJ
现在代码看起来就很一致了。 H<;~u:;8Q
XX
"3.zW
六. 问题2:链式操作 sTep2W.9
现在让我们来看看如何处理链式操作。 SG1AYUs
V
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。 M;NIcM
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。 ?A24h!7
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。 B/^o$i
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct R=$}uDFmW
IS`ADDU[S
template < typename T > rx@i.+
struct result_1 a;nYR5f
{ ^R)]_
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; pp{GaCi
} ; 2- (}=N
&3xda1H
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: 83p8:C.Ze
%$Xt1ub6(
template < typename T > skTtGz8R[
struct ref Pj_DI)^
{ oIMS >&
typedef T & reference; &p*rEs
} ; ]2ycJ >w
template < typename T > JsMN_%y?
struct ref < T &> -)KNsW
{ KoWG:~>|
typedef T & reference; k,8^RI07@
} ; ,^ dpn
:f7vGO"t
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: @xso{$ z?j
so| U&`G
template < typename T > gS`Z>+V5!c
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const AMO{ee7Po
{ -mo4`F
return l(t) = r(t); u6IM~kk>5
} /TIt-c
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。 4cJ/XgX
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 o]&P0 b
C7}iwklcsa
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 HCe/!2Y/%
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: BQeg-M
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ~Ga{=OM??
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 4!-R&<TLve
最后的布局是: P3Ah1X7W"C
Add `krVfE;_O
/ \ r(_Fr#Qn
Divide 5 "gDk?w
/ \ ;TwqZw[.
_1 3 TIaiJvo
似乎一切都解决了?不。 p6)6Gcx
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。 *"6A>:rQs
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。 f8UO`*O
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: f.E{s*z>
*YX:e@Fm.a
template < typename Right > KZaiy*>)
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const nrXKS&6
Right & rt) const ]=/?Ooh
{ }jFRuT;35
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 'P4V_VMK
} /oGaA@#+
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 v:>sS_^
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。 z8)&ekG
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。 |<y1<O>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。 ;vWJOvM2
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。 2
'$nz
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? a"Ly9ovW
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: 77 Z:!J|
"+
k}#<P4\
template < class Action > !ZCxi
class picker : public Action U_E t
{ iV\*7
public : DiZv sc
picker( const Action & act) : Action(act) {} Bi"cWO
// all the operator overloaded Fta=yH}
} ; +apn3\_
@ Yo*h"s
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。 ?nE9@G5Gc
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: C{G%"q
w^7[4u4
template < typename Right > ~*~aFf5
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const kK0zb{
{ ,ZO?D|M1
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 4Yt'I#*
} ofgNL .u
0j}@lOt(
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ,XN4Iy#BZl
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。 {7 ](-
58`Dcx,yJ
template < typename T > struct picker_maker $H/: -v
{ P$@:T[}v
typedef picker < constant_t < T > > result; ^$rqyWZYp
} ; :SZi4:4-J8
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > EYn9ln_]u
{ !QME!c>*$
typedef picker < T > result; hxw6^EA
} ; 4ZYywD wn
^
7)H;$
下面总的结构就有了: 8\PI1U
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。 tCu.Fc@
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。 |F qujZz
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 -f?,%6(1
至此链式操作完美实现。 7$*x&We
rV*Ri~Vx
6.|[;>Km
七. 问题3 EQ"+G[j~x
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。 R[QBFL<
RS2uk7MB
template < typename T1, typename T2 > !|mzu1S
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const {T0Au{88H
{ P"[{s^mb
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); H#T&