一. 什么是Lambda $jL{l8x
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 G/w&yd4
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, :ziV3jRM
O=9mLI6
rTgCmr'&
+ \DGS
class filler CfSpwkg
{ ) sh+cfTCb
public : JIGoF
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ~Lyy7B9
} ; 8w:A""
exnFy-
^o*$OM7x
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: C_&-2Z
?(up!3S'x
/]mfI&l+9
G<S(P@ss
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); RoG
`U
c']3N
~.FZF
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 zB8 @Wl
h7}D//~p
aBH!K
&at^~o
二. 战前分析 jlf.~vt
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。 xUiSAKrcM
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 c%5G3j
&Ow[
z/B[quSio
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); KKPQ[3g
/* --------------------------------------------- */ Y6>@zznk
vector < int *> vp( 10 ); #LGAvFA*_F
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); fO;#;p.
/* --------------------------------------------- */ 7kQZ$sLc
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); fG+/p 0sJ?
/* --------------------------------------------- */ |Sne\N>%
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); )YP"\E
/* --------------------------------------------- */ jO|D #nC
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); C6$F.v
/* --------------------------------------------- */ *~t&Ux#hj
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); vy
<(1\
<3[,bTIk
Y[hTO.LF
?!h
jI;_&
看了之后,我们可以思考一些问题: ) r8yt}
1._1, _2是什么? s$V'|Pt
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 8>}k5Qu
2._1 = 1是在做什么? 0 e}N{,&Y
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 EH*Lw
c
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 d3$*z)12`
{z4v_[-2CF
<6
LpsM}
三. 动工 XIg GE)n
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: |wnXBKV(
)}
I>"n
$IM}d"/9
q0Hor
template < typename T > 0gR!W3dh
class assignment vZDM}u
{ 0/1Ay{ns
T value; W[+=_B
public : |>/T*zk<
assignment( const T & v) : value(v) {} *Zj2*e{Z9U
template < typename T2 > ~^<ju6O'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 9^ DXw!
} ; J=%(f1X<W
20Umjw.D
b3>`%?A
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 i'[o,dbE
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 0|RFsJ"
hSg4A=y
Kx-s95t
C
EzTErn
class holder #J=@} S)
{ >uu]K
public : Pjs
L{,
template < typename T > o=&tT,z
assignment < T > operator = ( const T & t) const 8&g`Uy/b
{ lg9`Z>?
return assignment < T > (t); 6X2~30pdE
} 5IwQ<V
} ; WOv m%sX
)IFzal}o
-f{NVX\<0
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: ~ AU!Gm.
}i)^?@
static holder _1; %yVboA1
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 h#Z5vH
.L#xX1qr
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); l8$7N=Y
而不用手动写一个函数对象。 bv%A;
*0*1.>Vg
CDNh9`
"_g3{[es!
四. 问题分析 zKnHo:SV
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 %, U@ D4w
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 55mDLiA
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 a*qf\&Vb|
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 w9Eb\An
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ls^|j%$J
Y[0
五. 问题1:一致性 7sC8|+
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?| W=[..d
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 /C'dW
e>OYJd0s
struct holder z_A:MoYfo
{ g9rsw7
// Po~u-5
template < typename T > &!adW@y
T & operator ()( const T & r) const ;;*'<\lP.j
{ Q>G lA
return (T & )r; /5PV|onO
} ~O;'],#Co
} ; ^Hdru]A$2
&fIx2ZM[
这样的话assignment也必须相应改动: Ah_Ttj
-C>q,mDJZ
template < typename Left, typename Right > )\!-n]+A
class assignment _#kjiJj*
{ y[pU8QSt
Left l; 53i7:1[uV
Right r; r8k.I4
public : :~%
zX*
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} }"sZ)FE
template < typename T2 > M)<4|x
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; }
Uu<Tn#nb
} ; "EE=j$8u+
Ja*k|Rz~
同时,holder的operator=也需要改动: 'K"7Tex
jRCf!RO
template < typename T > "G(^v?x:P
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 8|*=p4_fn
{ 1]yjhw9g
return assignment < holder, T > ( * this , t); K4H U9!
} "F$0NYb]I
Wg V'T#*
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 +Vf39}8
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 _:0)uR LS
aCwb[7N
return l(rhs) = r; 0zL7$Q#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。 ",pN.<F9O
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ql+tqgo
;'|Mt)\
template < typename Tp > uia[>&2
class constant_t )(aj
{ Zl:Z31
const Tp t; K<3$>/|
public : +RuPfw{z
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} y5v}EX`m&
template < typename T > #wvmVB. 5~
const Tp & operator ()( const T & r) const :'t+*{ff
{ t!u{sr{j=
return t; nJ ZQRRa:C
} ?eU=xO
} ; =$^<@-;
LHS^[}x^1
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #Is/j =
下面就可以修改holder的operator=了 bM9:h
uPp9
UW
template < typename T > +pq/:h
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const IhRYV`:
{ -%h0`hOG{
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); [xrM){ItW
} 1\~-No
L,
k\`9bQ
同时也要修改assignment的operator() gLH#UwfJ
qXb{A*J
template < typename T2 > HoFFce7o
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ]rhxB4*1
现在代码看起来就很一致了。 ;`TSu5/
,J(+%#$UT
六. 问题2:链式操作 cl4Vi%
现在让我们来看看如何处理链式操作。 4Y=sTXbFt
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 y*AB=d^
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 2u>
[[U1:
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 B!#F!Wk"
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct X`,]@c%C`
i;yr=S,a0/
template < typename T > ,z*-93H1
struct result_1 Gz>M`M`[4
{ YTtuR`
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; syseYt]
} ; Yy_o*Ozq
nCj_4,O
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 9 aE.jpN
T\Zq/Z\
template < typename T > ?;//%c8,.
struct ref TDMyZ!d
{ f\Fk+)e@
typedef T & reference; +&T;jad2
} ; :N3'$M"
template < typename T > Q]?Lg
struct ref < T &> vbZGs7%
{ 5_d=~whO&2
typedef T & reference; F$;vPAxbK"
} ; uMB|x,X I
T.=du$
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: F%}0q&
p
PF]&:&-b
template < typename T > ?^# h|aUp.
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const dZ
kr#>
{ I>]t% YKj
return l(t) = r(t); h,D6MP
} E2PMcT{)_
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。 rQ4i %.
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 49BLJ|:P?
/pa8>_, ~
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 `F#<qZSR
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: {U`B|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 .Fz5K&E=
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 T%Vg0Y)P;
最后的布局是: Od>^yhn
Add WdA6Y
/ \ A ko}v"d
Divide 5 "
-Ie
/ \ PR&D67:Jy
_1 3 l<](8oc.
w
似乎一切都解决了?不。 )LA^j|Y}
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。 h%hE$2
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 =uYz4IDB
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: 'k9?n)<DW
~vCfMV[F
template < typename Right > S[TJ{L(
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 4HG@moYn@
Right & rt) const f[@M
{ 0P5!fXs*
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 9}4EW4
} .?TPoqs7Z
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 "dKYJ&$
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。 ")q{>tV
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。 ~/@5&