一. 什么是Lambda a,rXG
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ErN[maix#
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, mI2Gs)SO
|A4B4/!
t{,$?}
2NFk#_9e~
class filler U["<f`z4\
{ 3 EAr=E]
public : "]^U(m>f
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} w !kk(QMV
} ; +sJ{9# 6
2k!uk6
&[`24Db
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: }[%F
%2RXrH2&H
mAH7;u<
9f['TG,"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); v~RxtTu
u!xgLf'`
4][VK/v+
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 DN9x<%/-
!/`AM<`o
r
E1ouz!D
'"Cqq{*
二. 战前分析 ks$5$,^T2o
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。 wz+mFf
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 :WH{wm|
H F*~bL
)fXxkOd
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 5hqXMs
/* --------------------------------------------- */ |
{zka.sJ
vector < int *> vp( 10 ); `B?+1Gv
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); @MQfeM-@
/* --------------------------------------------- */ |yNyk7~
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); EAY+#>L*
/* --------------------------------------------- */ q2k}bb +
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); -X *.scw
/* --------------------------------------------- */ !'\(OFv9Im
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); r:xg#&"*
/* --------------------------------------------- */ [3irr0D7l
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ]Y
&
2&
z@~ZMk
8<Nz34Y
0?R$>=u
看了之后,我们可以思考一些问题: /3+E-|4s
1._1, _2是什么? *{JD=ua
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。 =5:vKL j
2._1 = 1是在做什么? d*!H&1L
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。 I9TNUZq('
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。 wV-N\5!r%H
yyPj!<.MGP
p-C{$5&
O1
三. 动工 h1)+QLI
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: +vFqHfmP
-vT$UP
E=v4|/['N
ABEEJQ
template < typename T > {3Gj
rE
class assignment *~`oA~-Q
{ qvsfU*wo?
T value; q9zeN:><
public : j%vxCs>
assignment( const T & v) : value(v) {} HVC|0}
template < typename T2 > :U1V 2f'l3
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } R^E-9S\@
} ; WUDXx %
PC=s:`Y}R
4pDZ +}p
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Kd#64NSi$A
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment PHsM)V+
NFU=PS$
G4F~V't
#.j:P#
class holder 4!glgEE*
{ z_C7=ga<
public : Cn9MboXX
template < typename T > ht:L
L#b*(
assignment < T > operator = ( const T & t) const esTK4z]
{ [woxCfSA
return assignment < T > (t); a`||ePb|W~
} (ds*$]
} ; fQU_A
a.<!>o<t:
'?|.#D#-c
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: OUHd@up@n
Qe<c@i"
static holder _1; Tq6@
1j6p
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 QD[l 6
IetV ]Ff6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Z${@;lgP
而不用手动写一个函数对象。 B@3>_};Ct
BW)t2kR&
zHj_q%A
KrECAc
四. 问题分析 @0:mP
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。 }>Lz\.Z/+[
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。 ku5g`ho
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 "%t !+E>nr
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 g.EKdvY"%H
下面我们可以对这几个问题进行分析。
1 pzd
9e1KH'
五. 问题1:一致性 2LN5}[12]
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?| k.0pPl
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 %8L5uMx
;UjP0z
struct holder `^E(P1oJ3
{ 5.)/gK2$
// )\0c2_w>
template < typename T > Z Q9's
T & operator ()( const T & r) const )&elr,b/y
{ qo;F]v*pkK
return (T & )r; > cJX'U9
} =>h~<88#5
} ; |Oaj
Jux
]| =#FFz
这样的话assignment也必须相应改动: v3jx2Z
UUql"$q
template < typename Left, typename Right > yIThzyS
class assignment j#XU\G
{ (aH_K07
Left l; 7<ES&ls_
Right r; q}R"
public : |7T!rnr
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} /9yA.W;
template < typename T2 > uRNc9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } )@Yr HS4
} ; esEOV$s}
KK*"s^L
同时,holder的operator=也需要改动: w4+bzdZ
kjW`k?'s
template < typename T > IF*kLl?
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const hE/y"SP3
{ I-q@@!=
return assignment < holder, T > ( * this , t); #P6;-d@a
} {=d\t<p*n
58My6(5y
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。 <BN)>NqM
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 dTP$7nfe
c~Hq.K$d
return l(rhs) = r; yyHr. C
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。 5B(r[Ni
b
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: J`3pXc$.
Zt[1RMO
template < typename Tp > gasl%&
class constant_t s.I=H^T
{ :FdV$E]]<
const Tp t; i_&&7.
public : D &wm7,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 3C8'@-U
template < typename T > Z,,Wo
%)o
const Tp & operator ()( const T & r) const x2TCw
{ j:,*Liz
return t; m5LP~Gb
} DI!l.w5P_
} ; nyPA`)5F0
GRj{*zs
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 B: uW(E
下面就可以修改holder的operator=了 'gE_xn7j
G";yqG
template < typename T > G\IH
b
|
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const #,qikKjt2
{ HWGlC <
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t));
n/UyMO3=
} BiHBu8<
_" F(w"|
同时也要修改assignment的operator() rC<m6
QTK{JZf
template < typename T2 > =N
n0)l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } y?aOk-TaRA
现在代码看起来就很一致了。 v *~ yN*
W#0pFofXw
六. 问题2:链式操作 :h3
Gk;u
现在让我们来看看如何处理链式操作。 VxfFk4
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。 GYv2^IB:
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。 +Mv0X%(N
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。 `^afbW
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Yb x4 Up@
!H,R$3~
template < typename T > e$tKKcj0T
struct result_1 Dx Vt
{ ^ yu^Du
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; f=J#mmHw$
} ;
c:~o e
\aT._'=M+
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: <H E'5b
Jo
h&Ay
template < typename T > K#";!
struct ref 4k$BqM1
{ JUU0Tx:`9)
typedef T & reference; )CXJRo`j0
} ; |g4!Yd
template < typename T > c#`Z[
struct ref < T &> S3j/(BG
{ m(Bv}9
typedef T & reference; })bTQj7
} ; 0 x"3
fwxyZBr
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: P/Sv^d5=e
WE`Y!
template < typename T > |2c '0Ibu
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Q9#$4
{ G*wn[o(^j
return l(t) = r(t); sOLo[5y'
} F/RV{} 17E
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。 }(TZ}* d
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 o&LNtl;
-F|(Y1OE
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 s bW`
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ^O[qCX
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 -\>Bphu,y
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ";",r^vr\
最后的布局是: Fz)z&WT
Add t_@%4Wn!1L
/ \ eVbHPu4
Divide 5 R^_/iy
/ \ +69sG9BA
_1 3 4 "wuqr|o
似乎一切都解决了?不。 I#S6k%-'
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。 "PJ@Q9n__
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。 O,xU+j~)
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: g4j?E{M?
kfA%%A
template < typename Right > N9:xtrJ]_J
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const jt-ayLq
Right & rt) const 5oWR}qqFK
{ 3=5+NJ'8
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); `<Zp!Hl(j
} ]eP&r?B
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 MF]s(7U4`
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。 > -Jd@7-
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。 tX Z5oG7
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。 vVZ@/D6w
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。 `Nu3s<O7CF
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? |7UR_(}KC
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: \nPa>2r
OYNs1yB
template < class Action > ~XQN4Tv-
class picker : public Action a{69JY5
{ =1yU&
PJ
public : +&-/$\"
picker( const Action & act) : Action(act) {} nvsuF)%9hZ
// all the operator overloaded Kv!CL9^LX7
} ; )MW.Y
i v&:X3iB
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。 Gv6EJV1i
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: ~ N_\V
D`r:`
template < typename Right > [ZOo%"M_Y
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const <q%buyQna
{ d5+ (@HSR
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); SS@#$t:
} #ra:^9;Es:
SgFyv<6>:
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Y-@K@Zu]?
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 p?=rQte([
+!dIEt).U
template < typename T > struct picker_maker (PE"_80Z
{ pvP|.sw5G
typedef picker < constant_t < T > > result; ezCsbV;. [
} ;
JTQ$p*2]
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > KDwjck"5;
{ 8GV$L~i
typedef picker < T > result; [L]
ca*
} ; &T}~h^/t
7oh6G
下面总的结构就有了: ]6W#P7
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 B.;/N220P
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 .z7F58
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 >j_,3{eJ
至此链式操作完美实现。 TR5"K{WDx
:_i1)4[!
j!qO[CJJ
七. 问题3 +KrV!Taf
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 rM<c;iQ
S;a{wYF6v
template < typename T1, typename T2 > \O^b|0zc
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const D%Hz'G0|
{ 2zh?]if
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); \zR{D}aS
} Elh: %dr Q
IdUMoLL?
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: Y)g7
E"
,X)0+DNsq
template < typename T1, typename T2 > | wKZ-6
struct result_2 |u<qbl
{ 2W~,,$
G
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; /
\!hW-+]W
} ; ;Pnz4Y4|eU
\NDSpT<Z
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? pZuYmMP
这个差事就留给了holder自己。 Txj%o5G
}>6=(!
,/C<GFae
template < int Order > A+69_?B
TH
class holder; G5 Y 8]N
template <> mBhG"0:
class holder < 1 > ="P3TP
{ e 9U\48
public : cx&jnF#$
template < typename T > Gyw@+(l
struct result_1 `QC{}Oo^
{ n1a;vE{!
typedef T & result; \vs,$h
} ; L8Z[Ly+_
template < typename T1, typename T2 > 8tK 8|t5+
struct result_2 L/1?PM
{ s{2BG9s
typedef T1 & result; L L7a20
} ; l&dHH_m3
template < typename T > l=`)yc.
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ;l[/<J
{ K@Twiw~rB
return (T & )r; `f}}z5
} cH.T6u_%
template < typename T1, typename T2 > xiX~*Zs
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const KIps{_J[<
{ $Ud-aRlD
return (T1 & )r1; B)Hs>Mh|W
} ! %S9H2Lv
} ; E%:!* 9
o 4L9Xb7=G
template <> ja$ e)
class holder < 2 > [#fXmW>N/
{ KM*sLC#
public : 4r\Sbh
template < typename T > KwlN
struct result_1 ]0GOSh
{ aEW
Z*y
typedef T & result; 2[}^ zTtA
} ; CeNpJ
template < typename T1, typename T2 >
.taJCE
struct result_2 #r `hK)
{ 5H1SC8+B,
typedef T2 & result; IpXg2QbN
} ; %qcBM~efT
template < typename T > if9I7@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const `o8b\p\zn
{ L%ND?'@
return (T & )r; 4NMv7[r
} 1M7=*w,
template < typename T1, typename T2 > %np b.C|+
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const y@ J\h8_
{ 4xuL{z;\
return (T2 & )r2; !bFa\6]q
} [R)?93
} ; pM9Hav@iWU
mDC{c ?
w1F7gd
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 :W<aga;J
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: $g$~TuA
w
首先 assignment::operator(int, int)被调用: 2lDgvug
2mP|
hp?
return l(i, j) = r(i, j); /7De.O~H
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) =i~/.Nu&
DKqFe5rw
return ( int & )i; !ge,]@/
return ( int & )j; %@'9<