一. 什么是Lambda !>tXib]:
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 it,%T)2H
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, (F)zj<{f
/vhh2`
7 mN?;X33
qH
~usgqB7
class filler 4c% :?H@2
{ ZFzOW
public : Czp:y8YX -
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} L*Y}pO
} ; fTeo,N
_D:/?=y;e
n'gfB]H[
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: (xTHin$
|'.SOm9)*
,d7@*>T&
o+na`ed
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); YS]RG/'
Gd"*mLd
,[~EThcq
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 "*0
szz'
ZG>OT@
GA
xQ[YQ!l
*M*k-Z':.*
二. 战前分析 [B4?Z-K%
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。 5&>(|Y~I
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 IE6/
E
!xvPG
=k_u5@.Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %%_90t
/* --------------------------------------------- */ J+zqu
vector < int *> vp( 10 ); >#ou8}0
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); M3Z yf
/* --------------------------------------------- */ UY+~xzm
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); +)|2$$m
/* --------------------------------------------- */ D >mLSh
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Q>r Q/V
/* --------------------------------------------- */ =4[zt^WX"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); _EY:vv
/* --------------------------------------------- */ }PXWRv.gW
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); UYPBKf]A9
]-6 G'i?
t@ Jo ?0s
"7l}X{b
看了之后,我们可以思考一些问题: ._yr7uY[M
1._1, _2是什么? 'i,<j
s3\f
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 P.wINo
2._1 = 1是在做什么? ^v},Sa/ot]
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 t5_`q(:
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ]oY~8HW
c.~|)^OXXO
OYKV*
三. 动工 ij TtyTC
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: =19]a
o
ZAjta_4
/L~*FQQK>
[9L(4F20
template < typename T > O$$N{
class assignment s:_5p`w>
{ %ry>p(-pC(
T value; /i"EVN`t
public : sq^,l6es>
assignment( const T & v) : value(v) {} Y7p#K<y]9
template < typename T2 > JWBWa-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 6!'yU=Z`
} ; n`hSn41A
\-B>']:R4
&dS+!<3
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 k X-AC5]
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment t
_W |`
-LY_7Kg
H(X~=r
dlU=k9N-
class holder #4Z$O(
{ ZTun{Dw{
public : QQw^c1@
template < typename T > eDm,8Se
assignment < T > operator = ( const T & t) const ]gEfm~YV
{ J]N}8 0
return assignment < T > (t); QSLDA`
} <(iOzn
} ; v6rw.
8]c`n!u=`
C+iP
@~
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 4[#.N
3Y4*
MhsG9q_%
static holder _1; @@$
_TaI
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 EZHEJW'JnE
2 rH6ap
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |&'*Z\*ya
而不用手动写一个函数对象。 v
ipmzg(S
$ D89|sy
f8j^a?d|
i||YD-hkK
四. 问题分析 D3Mce|t^
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。 S\,{qhd
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。 zEGwQp<
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 iaC$K@a{
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 RS1oPY
下面我们可以对这几个问题进行分析。 p[wjHfIq
~%
c->\Q
五. 问题1:一致性 [ M'1aBx^
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?| N.<hZ\].=
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 iO@wqbg$6
*vb)d0}P
struct holder c1/x,1LnMf
{ F&P)mbz1
// A1_x^s
template < typename T > ooAZ,l=8
T & operator ()( const T & r) const Ac54VN
{ ]+lr
return (T & )r; gu/Yc`S[
} :b=0_<G
} ; o#Y1Uamkf
`3OGCy
这样的话assignment也必须相应改动:
Bb o*
yx-"YV}5
template < typename Left, typename Right > <uvshZv
class assignment . FruI#99
{ 4EK[gM8
Left l; qL#R
XUTP
Right r; M]'AA
Uo8
public : zk]~cG5dT/
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} joG>=o
template < typename T2 > NplSkv
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ?/wloLS47
} ; DkIkiw{L
<ZiO[dEV
同时,holder的operator=也需要改动: oMPQkj;
Px8E~X<@
template < typename T > :o:??tqw
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Ef!F;D e)A
{ 87Kx7CKF"
return assignment < holder, T > ( * this , t); pIXQ/(h31
} ,?qS#B+>
,Tx8^|b#F
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 x#^kv)
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 OrBFe *2y
*v9G#[gG
return l(rhs) = r; ZKvh]
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 |?>h$'
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: g9XtE
by<2hLB9Q
template < typename Tp > I?"5i8E
class constant_t e#('`vGB
{ !8g
y)2
const Tp t; Ie~~L U
public : U`Zn*O~/
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} !=we7vK}
template < typename T > kD>vQ?
const Tp & operator ()( const T & r) const .phQ7":`
{ iH>djGhTh
return t; El%(je,|
} 8`2K=`]ES+
} ; b\2"1m0H
z-DpLV
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ,b4&$W].
下面就可以修改holder的operator=了 ,zFN3NLtA
[xPE?OD
template < typename T > {>Px.%[<
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const J[l K
{ b<n)`;
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); gUp0RPs
} C#Jj;Gd
%vXQ Sz
同时也要修改assignment的operator() DFonK{
UwU]l17~
template < typename T2 > @jHio\/_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 6,PLzZ5
现在代码看起来就很一致了。 brWt
`2PT 8UM
六. 问题2:链式操作 q4{ t H
现在让我们来看看如何处理链式操作。 EMG*8HRI>r
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。 yH^*Fp8V
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。 qZh~Ay6I
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。 BXY'%8q _a
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct jH1~Ve+q9
v knFtpx
template < typename T > YC'~8\x3z
struct result_1 @Hh"Y1B
{ ,)1e+EnV&
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; m##=iB|;
} ; .Q@"];wH
3:Wr)>l}#
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: U4gJ![>5j
}3 }=tN5
template < typename T > R
28*
struct ref Mk[`HEO
{ _3a
5/IZ
typedef T & reference; h.0K
PF]O
} ; <.ky1aex7
template < typename T > {9
O`/|
struct ref < T &> IJ;*N
{ 3;:V1_JA
typedef T & reference; [2V/v
} ; v=VmiBq[
mI#; pO2
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ]6 wi
:8rCCop
Uv
template < typename T > `'WLGQG
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const [<QWTMjR
{ gN~y6c:N
return l(t) = r(t); WKsx|a]U
} R:N-y."La.
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。 q;.]e#wvh
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 CN(4;-so)
VKz<7K\/
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/p
}r.
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: .Er/t"Qs;
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ?` i/
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 J-F_XKqH
最后的布局是: uszSFe]E
Add )AXH^&
/ \ -QDgr`%5
Divide 5 E e>j7k.G.
/ \ S8m&Rj3O&
_1 3 ()?co<@(l
似乎一切都解决了?不。 rrYp^xLa`
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。 ton`ji\^
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。 =fK'Ep[
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: (L%q/$
X>7]g670@
template < typename Right > rJp6d :M
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const !U:s.^{
Right & rt) const \[1CDz=}1
{ ( y*X8
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); |wQZ~Ux:
} shIi,!bZ
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 4&hqeY3
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。 4uAafQ`@H
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。 !!%[JR)cS
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。 389.&`Q%Ut
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。 QYXx7h r=$
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? c0q)
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: 8p{
U^BXCu1km
template < class Action > q-
(NZno
class picker : public Action KxmPL
{ K/v-P <g
public : cu!bg+,zl
picker( const Action & act) : Action(act) {} Mk/!,N<h#
// all the operator overloaded `sy &dyM
} ; oh0|2IrM
UQ])QTrZFi
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。 h\*rv5\M
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: zN/~a)
2%C5P0;QX
template < typename Right > % W',c u
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const YzW7;U
S
{ wn|@D<
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); |#:dC #
} (Zg'pSs)
y6jmn1K
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ~Z6p3#
!o
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。 XqS*;Zj0
kjC{Zr
template < typename T > struct picker_maker W<|K
{ Dh(T)yc
typedef picker < constant_t < T > > result; ^@lg5d3F
} ; 'oZn<c`
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > }_(^/pnk
{ " IkF/
typedef picker < T > result; i2a"J&,6O
} ; L_1_y, 0N
|z.GSI_!)
下面总的结构就有了: vs)I pV(
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。 = #2qX>?
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。 ZQ' z
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 e$+f~~K
至此链式操作完美实现。 a05:iFoJ
U"y'Kd
_7.GzQJ
七. 问题3 qvU$9cTY
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。 =>}.W:=
Z F yX@#B9
template < typename T1, typename T2 > ?Ga2K
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const vs])%l%t
{ P,;b'-5C
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); &Dg)"Xji
} *tfDXQ^mN
1;kG[z=A
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: ?~JxO/K
{&}/p-S
template < typename T1, typename T2 > )
~)SCN>-
struct result_2 M|5]#2J_2
{ "K+N f
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; vgA!?P3
} ; Q@W|GOH3
x #X#V\w=
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? R!k<l<9q
这个差事就留给了holder自己。 g[wP!y%V
!P60[*>
gUH'DS]{
template < int Order > :O'C:n<g
class holder; 3pTS@
template <> yg-FJ/
class holder < 1 > K[LVT]3 n
{ mj~N]cxB
public : (\mulj
template < typename T > $dZ>bXUw:
struct result_1 &. =}g]
{ w{e3U7;
typedef T & result; ]Z$TzT&@%
} ; ICl_ eb
template < typename T1, typename T2 > n:*_uc^C
struct result_2 *0&4mi8
{ 2 ]DCF
typedef T1 & result; eN|HJ=
} ; A|taP$%
template < typename T > 6a%:zgkOpu
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 9oje`Ay
{ SGBVR ^
return (T & )r; gN, k/U8
} I`"-$99|t1
template < typename T1, typename T2 > fY%M=,t3c
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const s
la*3~?*
{ N0K>lL=
return (T1 & )r1; E)80S.V
} xOVA1pb,
} ; iFnOl*TC
Iu-'o
template <> $h,&b<-
class holder < 2 > xgtJl}L
{ FYXw$7'l
public : '"xL}8HX}
template < typename T > ;zZ ,3pl-E
struct result_1 B-\,2rCC Z
{ |B%BwE
typedef T & result; 9Q C"Od9H
} ; jiwpDB&