一. 什么是Lambda JhHWu<
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 d>0+A)6>
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, 2 PqS%`XiS
#3$\Iu
<eN_1NTH_
'G&{GVbXY
class filler 69m
;XdkKz
{ jN31hDg<z
public : ^EELaG
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Yd
EptAI
} ; WWKvh
5U`ZbG
KLoE&ds
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: z~*g ~RKS!
p;T{i._iL
DdQ;Q5|
Q=mI9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); {-3L IO
T9W`?A
t.T
UmJ
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Byl^?5
ldha|s.*
IW=cym7
7?j;7.i
s(
二. 战前分析 Q?b14]6im
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 /1N6X.Zb
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 5|3e&
KWAb-yB
Hy.AyU|L
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); }KUd7[s
/* --------------------------------------------- */ X cr
=
vector < int *> vp( 10 ); :Z`:nq.a
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ~5Pb&+<$
/* --------------------------------------------- */ [B@'kwD\l
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); }En
/* --------------------------------------------- */ **9x?s
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); *B`Zq)
/* --------------------------------------------- */ 2M#M"LHo
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); FZjHw_pP
/* --------------------------------------------- */ 7C#`6:tI
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); .2d9?p3Y
X%z }VA
8fA_p}wp
sn7AR88M;
看了之后,我们可以思考一些问题: rpeJkG@+
1._1, _2是什么? S$KFf=0
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 afjtn_IB
2._1 = 1是在做什么? zvABU+{jD
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Qt_dEl
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 m/#a0~dB
"KcA
;iDPn2?6?x
三. 动工 dJ$"l|$$
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: YK|bXSA[
}VDqj}is
s4&^D<
74!oe u.>
template < typename T > $w"$r$K9K
class assignment +P.+_7+:
{ jzU.B u.
T value; ~?B;!Csk
public : v<Bynd-
assignment( const T & v) : value(v) {} l5L.5$N
template < typename T2 > ySI~{YVM
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } aF03a-qw<
} ; wAnb
Di{W
R|i/lEq
C8F 7bG8c
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 V5}B:SUB
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment `/Y{ l
Df3rV '/~
@&[T _l
1S@vGq}
class holder i<pk6rO1
{ Ef<b~E@
public : GF3/ RT9
template < typename T > @)SL_9
assignment < T > operator = ( const T & t) const 7FRmx4(!
{ ,o]4?-
return assignment < T > (t); 610D%F
} ]9\!;Bz^J
} ; =J1rlnaaEL
!
!PYP'e
:d ~|jS
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: Qt|c1@J
O]qU[y+
static holder _1; N/GQt\tV<
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Y#g4$"G9
,^S@EDq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); q 4V7
而不用手动写一个函数对象。 7
[g/TB
a
^%"7Ri
_V\Bp=9W
JgHM?AWg|
四. 问题分析 x\QY@9
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。 5Ba[k[b^
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* ~@P
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Znetzm=0
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 F]9nB3:W
下面我们可以对这几个问题进行分析。 f
nI|
c2K:FdB
五. 问题1:一致性 `%j~|i)4
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?| ]D,MiDph
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 b"TjGE
Wq^qpN)5Y
struct holder JAI)Eqqv]
{ 6)BR+U
// \w'*z&`W9
template < typename T > N~F
RM& x
T & operator ()( const T & r) const [xKd7"d/n
{ Dr6A,3B
return (T & )r; #0Tq=:AE>
} B4]`-mahO
} ; ?MQ.% J
u!:z.RH8n
这样的话assignment也必须相应改动: $U/YR&vcw
'ky b\q
template < typename Left, typename Right > ~.!c~fke
class assignment /6_|]ijc
{ ]G2uk`
Left l; \Vl`YYjZ
Right r; _@R0x#p5M
public : mJM_2Ab
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} WMj}kq)SY)
template < typename T2 > ?h1H.s2X
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } @}:uu$OH
} ; X_v[MW
sUYxT>R
同时,holder的operator=也需要改动: CXCpqcC
$t/x;<.H
template < typename T > yOvm`9
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const K x~|jq
{ K'h1szW
return assignment < holder, T > ( * this , t); P<K){V
} wRrnniqf8
HQ{JwW!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。 $m CarFV-T
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 rL5z]RY
,[A'tUl _
return l(rhs) = r; |g3?y/l
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 YA&g$!
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7G)H.L)$m"
Vn~UB#]'3
template < typename Tp > 7w1wr)qSB
class constant_t DvM5 k
{ ,y%3mR_~
const Tp t; 7+hK~
public : vp(;W,ba:|
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} b]a@
template < typename T > 6 K-5g/hL
const Tp & operator ()( const T & r) const 3 R&lqxhg
{ >s` J5I!
return t; ^`<w&I@
} ".dZn6"mI
} ; y^;l*qq
o!~Jzd.=h
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 (8ht*b.5K
下面就可以修改holder的operator=了 9!><<7TS
Ssk}e=]
template < typename T > \(">K
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const -WQ^gcO=7
{ !pJeA)W;
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); TO-$B8*nq
} c"n ?'e
kg`.[{k
同时也要修改assignment的operator() eh[_~>w
oBUxKisW
template < typename T2 > z5bo_Eq
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } jLJ1u/l>;
现在代码看起来就很一致了。 cVwbg[W]
$'pNp
B#vH
六. 问题2:链式操作 r&Ca"dI
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ?:Y#Tbi3
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。 >{ me
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。 oy<WUb9W
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。 >q7BVF6V|
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 0qrqg]
H\1qI7N C
template < typename T > G
Xt4j
struct result_1 b~BIz95
{ ?`[NFqv_]
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 3Oa*%kP+
} ; GjB]KA^
B4XZko(
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: J1XL<7
tDDy]==E
template < typename T > 7a=S
struct ref 1.q_f<U
{ s
s
3t
typedef T & reference; BGr.yEy
} ; Vpp;\
template < typename T > W9oAjO NE
struct ref < T &> a iCn"j
{ HMY@F_qY`u
typedef T & reference; -|Kzo_"
v5
} ; vEQ<A<[Z
=:+0)t=ao
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: dC}`IR
k'_ P7
template < typename T > H.G!A6bd
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const q8ImrC.'^
{ -=698h*
return l(t) = r(t); 7<9L?F2
} :c8n[+5
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。
_GqS&JHSf
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ESb
]}c:
OlD`uA
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 -RJE6~>'\
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 0uCT+-
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 uIMe
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 =8=!Yc(>
最后的布局是: ;3C:%!CdA]
Add 5jq=_mHt
/ \ BKU'`5`
Divide 5 VhEM k\
/ \ #fhEc;t
_1 3 z1,tJH0
似乎一切都解决了?不。 _x1EZ&dh
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。 ezTZnutZ
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。 4 c'4*`I
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: /)uM[ dnai
q;AT>" = )
template < typename Right > z 2/!m[U
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const em2_pq9q
Right & rt) const L(&}Wv
{ |dadH7
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); f"&Xr!b.h
} e,A)U5X
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 ]B9 ^3x[:
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。 #p
yim_
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。 8(X0
:
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。 Ua*&_~7kJ
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。 ?)3jqQ.
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? EEf ]u7
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: hv)7H)|l~]
kReG:
template < class Action > k4KHS<n0
class picker : public Action Zzd/K^gg
{ ecH/Wz1
public : p*;Qz
picker( const Action & act) : Action(act) {} UCqs}U8
// all the operator overloaded @Z\2* 1y6
} ; k ~6-cx
YT2'!R
1
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。 6*1$8G`$8,
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ipKG!
CdhSp$>
template < typename Right > 4?]oV%aP)
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const I>w^2(y
{ P0\eBS
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); !eD+GDgE]
} jv}=&d
4u:0n>nJ1
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > %]Cjhs"v
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。 @Y'I,e
6`puTL?
template < typename T > struct picker_maker (M% ;~y\
{ .`L gYW
typedef picker < constant_t < T > > result; c"Y!$'|Q
} ; v}il(w;O
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > Sr
y,@p)
{ B/YcSEY;
typedef picker < T > result; kG3!(?:
} ; |6B6?'
m<fA|9 F#
下面总的结构就有了: y1(P<7:t?
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 -Z?Ck!00
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 /(%Ig,<"JC
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 x1DVD!0 ~{
至此链式操作完美实现。 >rRf9wO1l
o`U|`4,
Lpm?#g uR
七. 问题3 (UW6F4:$
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。 +sn2Lw!^
!`C?nY
template < typename T1, typename T2 > Iu6W=A
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const '?}R4w|)
{ )q(:eoLDm
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ]GS~i+ =M
} g3a/;wl
V
[4n'LcE
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: g5TkD~w"
J8h7e}n?
template < typename T1, typename T2 > [`bZ5*&
struct result_2 83?1<v0%
{ e-!?[Ujv*%
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; 5&|5 a} 8
} ; |B|@GF?:
C
>kmIw'
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? _@|fva&s,;
这个差事就留给了holder自己。 <%r h/r
GXEcpc08
#[,= 1Od(q
template < int Order > ^+a
class holder; CSH`pU
template <> ,]U[W
class holder < 1 > 5l&j