一. 什么是Lambda }r,M(Zr
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 "VZ1LVI
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, LhO\a
;g0s1nz
?TA7i b_
XmQ;Roe
class filler 5t:Zp\$+`
{ yX!fj\R
public : 8xB-cE
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} u[)X="-e#
} ; m4m-JD|v
B''yW{
^
9+
Qxv
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: %DSr@IX
hi,="
/9
&>qUT]w
`Moo WG
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); \9[vi +T
m]?Z_*1
9\ "\7S/Z
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 W^iK9|[qp
&%fcGNzJQ
V,KIi_Z
;7\Fx8"s[
二. 战前分析 eKr>>4,-P
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。 qy|bOl
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 {\5(aQ)Vi5
[ K?
;^/ruf[t
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Rs=Fcvl
/* --------------------------------------------- */ _&l8^MD
vector < int *> vp( 10 ); 2 `AdNt,
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); +,spC`M6h
/* --------------------------------------------- */ xVPSL#>
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); a*(Zb|g
/* --------------------------------------------- */ S#GxKMO%
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); :lai0>
D
/* --------------------------------------------- */ 2E40&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); p8,=K<
/* --------------------------------------------- */ >7BP}5`.;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 30HUY?'K
A"S"La%"
Owf!dMA;nF
W|2^yO,dX
看了之后,我们可以思考一些问题: \oPe"k=
1._1, _2是什么? _4>DuklH,
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。 w"0$cL3
2._1 = 1是在做什么? br=e+]C Y)
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 !sX$?P%U
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。 a[hF2/*
w9Yx2
k*A(7qQA`4
三. 动工 Ij(dgY
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: XEiVs\) G
&m--}
5x@ U<
h.tj8O1
template < typename T > eY3:Nl^
class assignment ]L~z9)
{ IX+Jf? &^
T value; nC3+Zka
public : wwl,F=| Y
assignment( const T & v) : value(v) {} ).kU7;0
template < typename T2 > x[t?hl=:
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } O
?T~>|
} ; Gxd/t#;
`&NFl'l1C
XI`_PQco
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Kvg=7o
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment .45wwouZkc
Z kw-a
Mzg'$]N
MNs<yQ9I'
class holder ai;!Q%B#Q
{ HJr/N)d
public : 6teu_FS
template < typename T > Q3>qT84
assignment < T > operator = ( const T & t) const XF: wsC
{ EG\L]fmD
return assignment < T > (t); Sp[9vlo8
} $MasYi
} ; HZ<#H3_ix
il>+jVr
}F1Asn
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: .U(6])%;@
iY>xx~V
static holder _1; 5V<6_o
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 9y\nO)\Tv
xLIyh7$t
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); _LF'0s*
而不用手动写一个函数对象。 8!v|`Ky
`x=kb;
DQhHU1
n^QDMyC;I
四. 问题分析 m@nGXl'!
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。 Rb<|
<D+
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。 d '2JMdbc
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 :C;fEJN
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 =x w:@(]{
下面我们可以对这几个问题进行分析。 f]1 $`
o,k#ft<
五. 问题1:一致性 Tyb_'|?rW
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?| leHKBu'd
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 IO#)r[JZ
`*CoVx~fk
struct holder b5g^{bzwu
{ \nOV2(FAT
// r;f\^hVy
template < typename T > HV`u#hZ7C
T & operator ()( const T & r) const &h[)nD
{ G%gdI3h1Z
return (T & )r; ;\"Nekd|
} yzpa\[^
} ; 3znhpHO)
M/V"Ke"N
这样的话assignment也必须相应改动: &>B|?d
iP7KM*ks
template < typename Left, typename Right > ~=wBF
class assignment ,S(_YS^m
{ w}}+8mk[
Left l; tc;$7F ;
Right r; .*k!Zl*
public : ;2 o{6
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Qvny$sr2
template < typename T2 > ve#[LBOC8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } dd=5`Bo9Yh
} ; ]Gl_L7u`
^R\5'9K!
同时,holder的operator=也需要改动: e /XOmv
Z[+Qf3j}o6
template < typename T > ,[m4+6G5
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 9LQy0Gx
{ X pXhg*}K
return assignment < holder, T > ( * this , t); pfim*\'
} dkEnc
]H:K$nmX
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。 kH=~2rwm
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 YVHDk7s
xT9+l1_
return l(rhs) = r; [t^%d9@t
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。 n=fR%<v
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: }xrrHp
<.7W:s,f=
template < typename Tp > f2|On6/
class constant_t 4z|Yfvq
{ HV3wU EI3
const Tp t; %4To@#c
public : 0@f7`D
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} If9!S}
wa
template < typename T > B7ys`eiB5C
const Tp & operator ()( const T & r) const '\m\$
{
{ `.6Jgfu
return t; ZG)C#I1;O
} Jf2:[Mq
} ; N_!Zn"J
of<>M4/g4y
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 L3Q1az!Ct
下面就可以修改holder的operator=了 Q!%CU8!`&
I(WND/&
template < typename T > $PbN=@
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Y@'1}=`J
{ "ZVBn!
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); P3XP=G`E
} ( Gxv?\
D+_PyK~jc
同时也要修改assignment的operator() X 'bp?m
}Lwj~{
template < typename T2 > .yj=*N.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 48%a${Nvvj
现在代码看起来就很一致了。 Ah2XwFg?
@p2dXJeR<
六. 问题2:链式操作 =09j1:''<d
现在让我们来看看如何处理链式操作。 l:+pO{7L
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。 <Q-ufF85)
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。 Mz{ Rh+gS
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。 :S7yM8b`
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct tbv6-)Hs
/C8(cVNZ
template < typename T > TAJ 9Y<
struct result_1 kk5i{.?[
{ -+I! (?
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; <F.Ol/'h
} ; 7#|NQ=yd
Sdt2D
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: &akMj@4;R
s9:2aLZ{
template < typename T > f&cG;Y
struct ref 3yD5u
{ 2Nl("e^kJr
typedef T & reference; yb**|[By
} ; d`nS0Tf'
template < typename T > r@<;
struct ref < T &> +#H8d1^5
{ B
9Mwj:)}
typedef T & reference; 3S2'JOTY
} ; i+cGw
+[}]a3)
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: /~tfP
zB]T5]
template < typename T > ;<X3AhF
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const R+JI?/H
{ x?<5=,
return l(t) = r(t); /tv;W
} w./EJkKI
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。 c`}X2u]k
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 zXf+ie o
=nL*/
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 @Q1jH~t
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: jh0$:6 `C
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 +@qk=]3a
+5 调用divide的对象返回一个add对象。
]D-48o0
最后的布局是: IFTW,9hh
Add YXg
uw7%\
/ \ eB@i)w?@o
Divide 5 =K>Z{%i
/ \ y?@Y\ b
_1 3 aC$g(>xFt
似乎一切都解决了?不。 7VXeu+-P
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。 835Upj>
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。 CGe'z
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: lM1!2d'P
R39R$\
template < typename Right > ;VFr5.*x
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const lqCn5|S]
Right & rt) const EXFxiw
{ rYS D-Kq
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ,"VQ0Z1
} q
|^O
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 2M#CJ&
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。 |O9=C`G_
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。 U?lu@5 ^Z
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。 ?W|IC8~d')
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。 fDqXM;a"
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? =GVhAzD3
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: Xbtv}g<0c
(}}8DB
template < class Action > -d3y!|\>a
class picker : public Action td&l T(7
{ C|J1x4sb@
public : _dBU6U:V
picker( const Action & act) : Action(act) {} h*9o_
// all the operator overloaded S+y2eP G
} ; =5M>\vt]
F`Y<(]+
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。 KUyJ"q<W
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: 5#o,]tP
(*x"6)`
template < typename Right > L-R}O
8
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ] zY
{ FOA%(5$4
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Wu&Di8GhP
} u"gp">
dR+$7N$
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > *a%PA(%6
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。 ,s76]$%4
tp^'W7E
template < typename T > struct picker_maker _D4}[`
{ a&