一. 什么是Lambda ;0f?-W?1
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 zT5@wm
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, V=,VOw4
,3`RM$
AK*F,H9
<U ?_-0
class filler ZiS<vWa3R
{ TZ,kmk#
public : aN5 w
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} b8@gv OB
} ; s-He
hh!^^emo
C4jqT
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: aI6fPQe
['SZe0
&91U(Go
+EWfsKz
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); aT %A<'O!
loLN
~6
:>K=kZ=k
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Ws;}D}+
$0MP*TFWa
aBO%qmtt
7]~65@%R-&
二. 战前分析 )"IBw0]
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 5)MVkJ=R
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 *y;(c)_w/%
2vit{
PfI~`ke
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); buRK\C
/* --------------------------------------------- */ 6_# >s1`R
vector < int *> vp( 10 ); t(|\3$z
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Lit@ m2{\
/* --------------------------------------------- */ tDl1UX
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); K)AJx"
/* --------------------------------------------- */ S"Dw8_y7}
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); cb k|LQ.O
/* --------------------------------------------- */ QJaF6>m
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); V+mTo^
/* --------------------------------------------- */ JZ5NQ)sX
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); od7 [h5r
|X6]#&g7
NiwJ$Ah~X
#O<2wMb2<
看了之后,我们可以思考一些问题: s4RqMO5eI
1._1, _2是什么? DJv;ed%x
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 `&"-|
2._1 = 1是在做什么? S'jH
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 0"~`U.k~M
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 g$\Z-!(
,rB"ag !
R~$W
三. 动工 fJ3*'(
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ?=%Q$|]-
<MlRy%3Z
|d* K'+
'=_}&
template < typename T > z@nJ-*'U8
class assignment pm-SDp>s
{ Zjz< Q-
T value; do2~LmeW
public : g9fS|T
assignment( const T & v) : value(v) {} S?W!bkfn
template < typename T2 > G &'eP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Xi]WDH \
} ; Mb6#97
s^X(G!V{c
btC0w^5
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 @?A39G{
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment f3>8ZB4
@iZ"I i&+
Mt@P}4
?d*0-mhQ,
class holder o5(p&:1M
{ 8:%=@p>$
public : (GVH#}uB
template < typename T > =|lKB;
assignment < T > operator = ( const T & t) const NzmVQ-4
{ km;M!}D
return assignment < T > (t); ?NZKu6
} k\T,CZ<
} ; }*{@-v|_R
"#4p#dM0e
D{&0r.2F
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: 8#OcrJzC
-uDB#?q:W
static holder _1; D@V1}/$UoN
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 '2u(fLq3h
xS) njuq4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); }t tiL
而不用手动写一个函数对象。 |fMjg'%{}
c5K@<=?,E
=_%i5]89P
D}SYv})Ti
四. 问题分析 EK^B=)q6:W
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 7q&//*%yF
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 9]AiaV9
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 biCX:m+_?
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 i,Yq
oe`
下面我们可以对这几个问题进行分析。 _c=[P@
qRg^Bp'VD#
五. 问题1:一致性 <_HK@E<_HO
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| gO*:<B g
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 v$R+5_@[l
03ol!|X"9
struct holder as1ZLfN.
{ yub|
// D|W^PR:@h
template < typename T > mC
P*v-
T & operator ()( const T & r) const $2uZdl8Rvj
{ }QszOi\fV1
return (T & )r; Yx21~:9}
} :"+/M{qz
} ; 'iM;e K
L lmdydC%
这样的话assignment也必须相应改动: gU7@}P
Ca[H<nyj
template < typename Left, typename Right > >E;-asD
class assignment tZS-e6*S
{ huTa
Ei
Left l; EP.nVvuL
Right r; `I(#.*
public : SF.4["$
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} j?&Rf,,%
template < typename T2 > NZ(c>r6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } MS~c
$
} ; bi:m;R
0f.rjd
同时,holder的operator=也需要改动: d\Xi1&&
rlEp&"+|M
template < typename T > yUb$EMo\
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 'j84-U{&)
{ ,wJ#0?
return assignment < holder, T > ( * this , t); U$[C>~ r
} v:*t5M
>
q2* G86
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。 ^qL2Q*
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 }]1=?:tX%
! 6kLL
return l(rhs) = r;
y{hy
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。 B3V:? #
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: <qD/ #$
l MCoc 'ae
template < typename Tp > _qg)^M 6
class constant_t *={`
%
{ yvxdl=s
const Tp t; x0^O?UR
public : AtRu)v6r
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ZCJOh8
template < typename T > v\Zni4
const Tp & operator ()( const T & r) const tGGv 2TCEy
{ O) ks
return t; xOCHP|?
} OhmKjY/}
} ; % AqUVt9}
@5n!t1(
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 x{Y}1+Y4
下面就可以修改holder的operator=了 s hbPy
Vv=/{31
template < typename T > AV0m31b
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const nQuiRTU<
{ IwC4fcZX6
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0be1aY;m&
} 8spoDb.S
pkjf5DWp
同时也要修改assignment的operator() I@VhxJh
z=TaB^-)
template < typename T2 > }mRus<Ax
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } >
Y
<in/
现在代码看起来就很一致了。 v?zA86d_
xaO9?{O
六. 问题2:链式操作 TJ@@kSSbl
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ZhqrN]x
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。 rzJNHf=FVY
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。 lWS@<j
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。 c"OBm#
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct aC0[ OmbG
y2k'^zE
template < typename T > jU2Dpxkt
struct result_1 %Gp%l
{ ]M
AB
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ,-PzUR4_Kj
} ; Fw!wSzsk3
{9sA'5
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: \|2 0E51B[
`oP<mLxle
template < typename T > J+f
.r|?
struct ref n}9vAvC
{ Ju3-ZFUS4
typedef T & reference; "0o1M\6Z
} ; aY 8"Sw|4
template < typename T > >jEn>H?
struct ref < T &> (vm&&a@
{ fMe "r*SU
typedef T & reference; Rk2V[R.`S
} ; |FZ)5
DA)+)PhY7K
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Q3MG+@) S
D"o}X TH
template < typename T > 1PWs">*(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Bw-<xwD
{ "p>$^
return l(t) = r(t); \\F^uM7,
} <.j `n
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 OE87&Cl"{t
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 '>[l1<d!G
K;jV"R<9
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 WF0%zxg ]
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: CZB!vh0
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /(C?3}}L
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 mm-!UsT
最后的布局是: 3-cCdn
Add }ge~Nu>w
/ \ 7'wt/9
Divide 5 ~=h M y`Ml
/ \ :.kc1_veYS
_1 3 (_G&S~@.
似乎一切都解决了?不。 ;h[p "
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 oh+Q}Fa:
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 32!jF}qpD
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: V@gweci
~l$u~:4Ob
template < typename Right > nR)/k,3W
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const [.\uHt
Right & rt) const Df;EemCh
{ IC&xL9
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); <p"[jC2zF;
} /]H6'
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 "]M:+mH{]
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。 n%;wQ^
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。 c$?(zt;
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 tins.D
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 1iWo*+5
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? W7I.S5
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: zfvMH"1
:3`6P:^
template < class Action > C/Vs+aW
n
class picker : public Action Q 6djfEN>
{ OiI[w8
public : D<}z7W-
picker( const Action & act) : Action(act) {} >hqev-
// all the operator overloaded C^ngdba\
} ; +_Nr a
""cnZZ5)
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 4yhan/zA
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ^LfN6{
O~t]:p9_
template < typename Right > 4]L5%=atn
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const N@D]Q&;+(T
{ d-e6hI4b
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); b-pZrnZ!
} '6l4MR$j&m
R=uzm=&nR
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > $4K(AEt[
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 ~WH4D+
C9^[A4O@X!
template < typename T > struct picker_maker 3WdYDv]N}L
{ [RtTi<F^
typedef picker < constant_t < T > > result; h2kba6rwk
} ; ovv<7`
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > hLYy
{ [?rK9I&
typedef picker < T > result; ]dzBm!u
} ; #CKPNk
c
qYD$_a
下面总的结构就有了: }Ruj h4*
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。 ~{Gbu oH
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。 r!H'8O!
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 m80e^
至此链式操作完美实现。 e>yPFXSk
Y~ j.Kt
7!%/vO0m
七. 问题3 E'3=qTbiD
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。 *v1M^grKd
tHF-OarUO
template < typename T1, typename T2 > yW::`
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const hY$gzls4
{ L?~>eT
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 12
y=Eh
} 8K: RoR
bI~ R6o
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: !|!k9~v!
^PwZP;On
template < typename T1, typename T2 > a=(D`lQ8
struct result_2 @qP
uYFnw
{ }yQ&[Mt
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; P2y`d9,Q
} ; l=EnK"aU
DK' ? '
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? XY1D<