一. 什么是Lambda )5~T%_
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 M.t,o\xl
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, U|tacO5w`
= NZgbl
f0sLe 3
03v+eT
class filler j;@a~bks6z
{ heou\;GI"
public : +5*bU1}O
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} $.4A?,d
} ; L<@*6QH
5)'Y\~2
ajk}&`Wj"
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: B2Y.1mXq
NL$z4m0
}k-8PG =
^rO"U[To
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 1bQO:n):~
c.Sd~k:3
|YROxY"ML
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 >P~*@>e
*{#C;"
!' ^l}K>
4jebx
jZ
二. 战前分析 k-=lt\?
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。 6R<+_e+v
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 rIcgf1v70
yjL+1_"B
?SFQx\/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); j
[lS.Lb
/* --------------------------------------------- */ 06^/zr
vector < int *> vp( 10 ); z6@8IszU
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); [?I<$f"
/* --------------------------------------------- */ HP]5"ziA
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); OS@uGp=
/* --------------------------------------------- */ iZy>V$Aq
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); dB6,pY(
/* --------------------------------------------- */ u'#/vT#l
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); !;|#=A9
/* --------------------------------------------- */ F*@2 )
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); iKrk?B<
we`BqZV
SXqB<j$.;
/i>n1>~yn
看了之后,我们可以思考一些问题: ]-X6Cl
1._1, _2是什么? bpZA%{GS
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 uPl}NEwU|
2._1 = 1是在做什么? f^1J_}cL
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 &Ril[siw
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 bl
a`B=r
w6!97x
AH&RabH2
三. 动工 V9$T=[
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: AE~a=e\x
i8e*9;4@
P1rjF:x[*
2kVZlt'y
template < typename T > 8b'@_s!_
class assignment \DujF>:
{ UU>+ b:
T value; tNr'@ls
public : bI:W4y>I=
assignment( const T & v) : value(v) {} 5e,u*J]
template < typename T2 > |3e+ K.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } v2rO>NY4
} ; $aJ6i7C,j}
<{k{Coy
3f^Pr
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 \h=*pAf
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment \OkZ\!<hg
|E?r+]
<">epbV6
C3W4:kbau
class holder kR97)}Y
{ M;y*`<x
public : zJy=1r
template < typename T > YdO*5Gb6
assignment < T > operator = ( const T & t) const tWy.Gz\
{ tlp,HxlP
return assignment < T > (t); ZN)EbTpc\a
} <(>t"<
} ; 9.\SeJ8c
*`"+J_
#'1dCh
vZ
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: /Z?o%/bw:
P05`DX}r,
static holder _1; -V{"Lzrfug
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 7d%x 7!E
kqih`E9P7B
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Skci;4T(
而不用手动写一个函数对象。 7\%JJw6h
1Mp-)-e
qA)YYg/G
Sk+XBX(}
四. 问题分析 axUj3J>
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ow9a^|@a
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 r9{@e^Em
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 -}UY2)
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 8_4!Ar>2
下面我们可以对这几个问题进行分析。 e%)iDt\j
B;N<{Gb
五. 问题1:一致性 ULz<P
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| bC:sd2s
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 RKzty=j4
ZS=H1
struct holder k)7i^1U
{ 7oF3^K'S
// {Cm!5Q Yy
template < typename T > ,L-/7}"VHA
T & operator ()( const T & r) const <!RkkU&
6
{ 34!.5^T
return (T & )r; KX9IC5pR
} 7mYcO3{5{
} ; +^(_S9CO
-(?/95 Y
这样的话assignment也必须相应改动: @-[}pZ/
9#U]?^DJ@
template < typename Left, typename Right > qzNb\y9G
class assignment Jyg1z,B <
{ ?SgFD4<~P
Left l; aXj
UDu7
Right r; #d$zW4ur2
public : GalSqtbmDt
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} QGfwvFm
template < typename T2 > K'
`qR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 1+$F= M~
} ; k"cMAu.
I[|Y
2i
同时,holder的operator=也需要改动: btEyvqs~X
9dA+#;?
template < typename T > <rgK}&q
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
p*lP9[7
{ d)-ZL*o
return assignment < holder, T > ( * this , t); E{ c+`>CY
} HL"c yxe
id9QfJ9t
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 G3TS?u8Q
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 dT'}:2
*B!Ox}CI.L
return l(rhs) = r; JR]elRR
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 0=HB!{@
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: %HpPTjAW
}:faHLYT
template < typename Tp > N}U+K
class constant_t ]dGH
i \
{ 4dFr~ {
const Tp t; .Xp,|T
public : ZPw4S2yw3.
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} c\o_U9=n
template < typename T > w~Q\:<x&~Z
const Tp & operator ()( const T & r) const Sc{&h8KMTb
{ DDkN3\w
return t; h?dSn:Y\?
} heIys.p
} ; D+uo gRS61
YQ:$m5ai
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 j;}-x1R
下面就可以修改holder的operator=了 s:6K'*
d)uuA;n
template < typename T > ZVH 9je
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const )x\%*ewY
{ P<R^eLZ<&
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); DI8I'c-P
} Wtu-g**KN
9{fP.ifdv7
同时也要修改assignment的operator() &M@ .d$<C
|GQq:MB;z
template < typename T2 > W gyRK2#!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } `?=3[
现在代码看起来就很一致了。 (ww4(
KB~[nZs7
六. 问题2:链式操作
'v Vt^h2
现在让我们来看看如何处理链式操作。 b&`~%f-
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 >(H:eRKq
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 x/{-U05
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 -5og)ZGVUA
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ^jL)<y4`
?qs LR
template < typename T > 46T(1_Xt~
struct result_1 y g(Na
{ ' u<I S/w
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; }Jh.+k|_
} ; a K6dy\
XixjdBFP
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: am/}V%^
.a2R2~35
template < typename T > (^B1Kt!<
struct ref prS%lg>
{ /Hk})o_
typedef T & reference; Pn4.gabE
} ; z@IG"D
template < typename T > g5 *E\T%8
struct ref < T &> P51c Ehf
{ FYik}wH]
typedef T & reference; >yn?@ve@
} ; 5,XEN$^
*.w6 =}
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: a+z>pV|
p\_3g!G'
template < typename T > 2|ee` "`
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ^~l@ _r
{ xp:I(
return l(t) = r(t); z<t2yh(DF
} V8F!o
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。 Oq<3&*
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 !8|r$mN8
bhRa?wuoY
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 R $<{"b
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: !2AD/dtt
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ;ja~Q .}4
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 oD2! [&
最后的布局是: ?XVE{N
Add rJf{YUZe
/ \ a++gwl
Divide 5 @)Vb?|3
/ \ nO6UlY
_1 3 2va[= >_
似乎一切都解决了?不。 2IHS)kkT|
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 .DwiIr'
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 j#c@dze
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: =\8 x
)$Ib6tYY
template < typename Right > ]Y$Wv9S6
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const nO`[C=|
Right & rt) const ^WWr8-
{ s +S6'g--
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); W)Y-^i5
} #('R`~
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 8yI4=P"F,
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。 6&