一. 什么是Lambda >Oi2gPA
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 =N*%f%
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, `Dz]z_
mHI4wS>()+
D?\"
@\6nXf
class filler %7C%`)T]
{ nv_m!JG7
public : s`Be#v
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} vh. Wm?qQ
} ; *,pZ fc
6cQeL$,SQ
+;:aG6q+
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: G%j/eTTf
5Aa31"43n
VNr
*@ <8&M9x
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); MfNpQ: ]c\
Jv 6nlK`
4+/fP
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 x ^M5D+o
')P2O\YS
j'#jnP*P
0uVk$\:i
二. 战前分析 r3[t<xlFf
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。 r}_Lb.1]
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 )8x:x7?
.y %pGi
y(/jTS/hd
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Xc8= 2n
/* --------------------------------------------- */ kwDh|K
vector < int *> vp( 10 ); ^Hz
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); h\D_
/* --------------------------------------------- */ y"|K
|QT
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); t`<}UWAH+
/* --------------------------------------------- */ uKR\Xo}
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); so?pA@O
/* --------------------------------------------- */ cotxo?)Zv
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); =9;[C:p0-
/* --------------------------------------------- */ XI@6a9Uk
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); `x%U
PS_3Oq)
gtaV6sD
Qm35{^p+
看了之后,我们可以思考一些问题: 097Fvt=#
1._1, _2是什么? #L@} .Giz
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。 pW*{Mx
2._1 = 1是在做什么? 1AV1d%F
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。 g{g`YvLu^
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。 gZ`32fB%
RsqRR`|X?
!q~X*ZKse
三. 动工 BB2_J=wA
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: *1|YLy
>zPO>.?h7T
K;<NBnH
>u9id>+
template < typename T > LPq*ZZK
class assignment ?r
-\%_J_(
{ a'
IX yj
T value; ou<S)_|Iu
public : )CC?vV
assignment( const T & v) : value(v) {} 5 `4}A%@&
template < typename T2 > !p]T6_t]Q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } %|: ;Ti
} ; V]l&{hl,
Gt^|+[gD
bDciZ7[b
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 m!HC -[<
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ;,v!7
8 *4@-3Sx
_-4n~(
A|p@\3P*A
class holder ?o2;SY(-
{ uI%N?
public : +Od1)_'\D3
template < typename T > *A~($ZtL
assignment < T > operator = ( const T & t) const ;jRL3gAe)
{ b\SXZN)Be
return assignment < T > (t); EpRXjz
} TqENaC#&
} ; 33=Mm/<m$P
~mN g[]
bWGyLo,
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: :wQC_;
o\_
Td
static holder _1; P_,v5Qx"-
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ??|d=4g\
>]>0KQfO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); J}x>~?W
而不用手动写一个函数对象。 4^
c!_K&&
9b?i
G
[Xxw]C6\>(
I["F+kt^^
四. 问题分析 e(?:g@]-r
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。 5Z*
b(R
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。 |$YyjYK
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 BhqhyX\D&y
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 \w{@u)h
下面我们可以对这几个问题进行分析。 xL9:4'I
,]0S4h67
五. 问题1:一致性 17e=GL
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| l_^T&xq8
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Oamv9RyDvC
4 hL`=[AB
struct holder zt7_r`#z
{ hNH.G(l0
// x7vq?fP0n
template < typename T > XxmJP5
T & operator ()( const T & r) const /yLzDCKn
{ aXRv}WO$>k
return (T & )r; _aVJ$N.
} /)sDnJ1r
} ; /0Z|+L9Jo
zl0;84:H
这样的话assignment也必须相应改动: t[%x}0FP-F
zx
ct(
template < typename Left, typename Right > q]F4Lq(
class assignment VT'0DQ!NIq
{ o^6jyb!j
Left l; 4uFIpS|rq
Right r; 1v;'d1Hg;
public : $8jaapNm@
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} V]r hr
template < typename T2 > r %+Bc Y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } +#0~:&!9
} ; u@AI&[Z
pI
&o?n
同时,holder的operator=也需要改动: Bk&-1>cY
J
cP~-cp
template < typename T > 7rH'1U
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const [:Be[pLC
{ %_>Tcm=
return assignment < holder, T > ( * this , t); 1#/6r :
} Ynvj;
| @uq()
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 DYc.to-
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 9~=gwP
4S'[\ZJO
return l(rhs) = r; =.DTR5(_h
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 l+t #"3
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ;?0_Q3IML
UMT\Q6p
template < typename Tp > k}X[u8A
class constant_t U9x4j_.q
{ PXa5g5!
const Tp t; o1e4.-xI
public : 3 sl=>;-
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} >J.Qm0TY(
template < typename T > <F ew<r2
const Tp & operator ()( const T & r) const -<|Y 1PQ
{ {z=j_;<]
return t; YbzM6u2
} IeZ&7u
} ; zkd3Z$Ce
C9o$9 l+B
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 j]>=1Rd0b(
下面就可以修改holder的operator=了 Ky *DfQA
4ffU;6~l'
template < typename T > {wcO[bN
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const juH wHt
{ K|US~Hgv
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); #hpIyy%n
} d`85P+Qen|
|P>|D+I0
同时也要修改assignment的operator() XjxPIdX_H
^/k,
template < typename T2 > z9 O~W5-U
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ,6DD=w 0r
现在代码看起来就很一致了。 }~rcrm.
QGXQ {
六. 问题2:链式操作 B "*`R!y
现在让我们来看看如何处理链式操作。 `v~!H\q
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 0D<TF>M;pn
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 cI3 y
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 7^Na9]PY
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ~> PgJ^G
NIaF 5z
template < typename T > pL! a
struct result_1 IJ0#iA. T
{ 7RD$=?o O'
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; RE 9nU%!
} ; MA$Xv`6I\
Gbn4*<N
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: l~rb]6E
oKRFd_r +
template < typename T > alc]
struct ref +ZclGchw
{ "?P[9x}
typedef T & reference; L@nebT;\'
} ; F;pQ \Y
template < typename T > BB63xEx
struct ref < T &> Z2#`}GI_m
{ #sZIDn J#
typedef T & reference; 1+a@k
} ;
.1LPlZ
7-X/>v
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: {\EOo-&A
Ssf+b!e]
template < typename T > MQJ%He"
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 3 "Yif
{ 9KyZEH;pY
return l(t) = r(t); BRa{\R^I
} 9_UN.]
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 +bUW!$G
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ljVIE/iq
=e{.yggE
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 r1;e 0\?`
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: E?cZbn*>`
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 lVoik*,B
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 (UGol[f<
最后的布局是: 'B`#:tX^N
Add c" +zgP
/ \ #]y5zi
Divide 5 O#:&*Mv
/ \ ;%Q&hwj
_1 3 ' S ,2
似乎一切都解决了?不。 &{ ZSE^
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。 #uKWuGz]
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。 H2U:@.o2&
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: 3$_*N(e
7}%H2$Do
template < typename Right > ybE[B}pOeZ
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const bAiJn<
Right & rt) const 8+>\3j
{ Bc<n2 C0
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); TF\sP8>V
} 4mJFvDZV`
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 |1Hc&
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。 0%
+'
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_a3'o%5
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。 `%=<R-/#7S
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。 \I:.<2i
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? aMJ;bQD
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: W#{la`#Bu
Rh<N);Sl7
template < class Action > +c) TDH
class picker : public Action #9:2s$O[x
{ Kt6>L5:94
public : c`jDW S
picker( const Action & act) : Action(act) {} % O%xpSYr
// all the operator overloaded YB5dnS"n
} ; /2XW
.6m_>Y6
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 f{ ^:3"i
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: [zh"x#AyI
%w5[*V
template < typename Right > J +q|$K6
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Qqq
<e
{ lhO2'#]i
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Pl78fs"L@
} LT_iS^&1
*_"u)<J
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > vv+J0f^
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。 ,{KCY[}|
d!V$Y}n
template < typename T > struct picker_maker sV2iITFp
{
;:OsSq&
typedef picker < constant_t < T > > result; FN?3XNp.
} ; `R+,1"5 =
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > [@G`Afaf
{ "U8S81'
typedef picker < T > result; EB,4PEe:
} ; J@]k%h
w4%AJmt
下面总的结构就有了: B4Lx{uno
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 ,S!w'0k|n
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 mQr0sI,o]
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 8\#
^k#X
至此链式操作完美实现。 #SnvV
Uf$i3
Hg+
F^2<y
七. 问题3 :E'P7A
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。 O+"ac /r
62\&RRB
i
template < typename T1, typename T2 > XYfv(y
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const KDTDJ8
{
q3S+Y9L
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ST;t,
D:
} .:9s}%Zr
o~1 Kp!U
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: F,T~\gO5,
1*UNsEr
template < typename T1, typename T2 > [BDGR
B7d"
struct result_2 M_|> kp
{ !w2gGy:I>
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; f /y`
} ; Yc;ec9~
n7l%gA*
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? RiR:69xwR*
这个差事就留给了holder自己。 *e/K:k
T3 pdx~66
|B^G:7c
template < int Order > AGq>=avv
class holder; 9wh2f7k
template <> ]'h; {;ug
class holder < 1 > XG 0v
{ RU&_j*U
public : _Qd,VE
8u
template < typename T > FxRXPt
FK
struct result_1 r;gP}H ?
{ y%cO#P@
typedef T & result; 2UadV_s+s
} ; _MfD
template < typename T1, typename T2 > .CbGDZ
struct result_2 1-VT}J(
{ NlF}{
typedef T1 & result; 'q{733o
} ; Vrp[r *V@E
template < typename T > yL1CZ_
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 2]WE({P
{ mT.e>/pa
return (T & )r; aGoE,5
} 7r
0,>
3"
template < typename T1, typename T2 > ;3m!:l
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const i8PuC^]
{ N1x@-/xa|
return (T1 & )r1; ^b-18 ~s
} m,_d^
} ; %XTA;lrz
<@uOCRbV
template <> la^
DjHA$
class holder < 2 > Wa'sZ#
{ Q-eCHr)
public : g,kzQ}_
template < typename T > cAuY4RV
struct result_1 K@:m/Z}|4
{ !GK$[9
typedef T & result; ${hz e<g
} ;
p{Sh F.
template < typename T1, typename T2 > ?mYYt]R
struct result_2 QIU,!w-3X
{ BNucc']
typedef T2 & result; %NARyz
} ; Qt+:4{He
template < typename T > b ,^*mx=
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ;<wS+4,
{ mpay^.(%
return (T & )r; -J0WUN$2*
} #exss=as/
template < typename T1, typename T2 > d- E4~)Qy
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 9NpD!A&64<
{ F%/h*
return (T2 & )r2; m7qqY
} }5 9U}@xC
} ; yL1bS|@
Bl;KOR
C+V*
Fh3
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> >。 bGXR7u&K
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: rOfK~g,X
首先 assignment::operator(int, int)被调用: adO&