一. 什么是Lambda t@R[:n;+
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。
<=p>0L
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, Ea
S[W?u}
2!0tD+B
^+Nd\tp
\t)va:y
class filler )YgntI@
{ 3}FZg
w .
public :
>=97~a+.
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ke8g tbm
} ; -XXsob}/8
.KKecdd?=
r QiRhp
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:
MJch
Z
9V1d`]tP
ic`BDkNO
)Mdddz4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); #1U>
nEu:& 4
UstUPO
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 S>I` y]qlR
K-:y
- (WH+
k*?T^<c3
二. 战前分析 lGr=I-=
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。 pC:YT/J
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 n[0u&m8
;>mM9^Jaf
(
jU $
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ymxA<bICS8
/* --------------------------------------------- */ BW)-F (v
vector < int *> vp( 10 ); 1s(T#jh
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); g
ptf*^s
/* --------------------------------------------- */ eMnK@J
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); T`wDdqWbEG
/* --------------------------------------------- */ .F8[;+
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); O
Ol:
/* --------------------------------------------- */ Lo'pNJH;$
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Oe1WnS 7(]
/* --------------------------------------------- */ z(A[xN@/W<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 1W'Ai"DLw
SbGdcCB
yn}Dj9(q
H;4QuB'^
看了之后,我们可以思考一些问题: ,B'=$PO%
1._1, _2是什么? y:98}gW`n
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 AC1RP`c
2._1 = 1是在做什么? K7`6G[RMb
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 hUi@T}aA|
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 DAb/B
R`@T<ob)
chL1r9V)v
三. 动工 pp"#pl
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: s 4_Dqm
pZ'q_Oux
\"(?k>]E
,i6E L
template < typename T > pi"M*$
class assignment AMjr[!44 @
{ :W, S
T value; PolJo?HZ
public : {EvT7W
assignment( const T & v) : value(v) {} Cg]|x+
template < typename T2 > KV$&qM.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 6=]Gom&S
} ; Q~nVbj?c2v
':pDlUA
ns>$
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 A
.&c>{B7
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment w@^J.7h^
*@' 'OyL
r\Y,*e
=F$?`q`
class holder pgES)
{ O8.xt|
public : (0.oE%B",1
template < typename T > [tkx84M8
assignment < T > operator = ( const T & t) const f;^ +q-Q
{ _ +DL
return assignment < T > (t); FzX ;~CA
} >[aR8J/U
} ; ^g*Sy, A
={%'tv`
)iw-l~y;
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: FDD=I\Ic
~\JB)ca.
static holder _1; Zb=NcEPGy
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 J[:#(c&c!1
^(^P#EEG
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); QIMd`c
而不用手动写一个函数对象。 ?YR;o4
n7bVL#Sq[
9JP:wE~y
>
f X^NX
四. 问题分析 K +vD&Z^
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。 (G>su
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。 HNS^:XR
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 P}8hK
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 %>Gb]dv?
下面我们可以对这几个问题进行分析。 :4V5p
=v-
9<?w9D.1
五. 问题1:一致性 <&b,%O
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?| G,!j P2S
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ^ slIR!L
LSc^3=X
struct holder 8_!qoW@B
{ Y^Buz<OiG
// &*OwoTgk+
template < typename T > : ir#7/
T & operator ()( const T & r) const %U{sn\V
{ P_3IFHe
return (T & )r; VYb,Hmm>kC
} Ld*Ds!*'/
} ; #a=]h}&1?
*,G<X^
这样的话assignment也必须相应改动: [Ix6ArY
f?.VVlD
template < typename Left, typename Right > KX~
uE6rX
class assignment RL4|!HzR
{
Culv/
Left l; >P
j#?j*Y
Right r; |_p7vl"
public : T3oFgzoO
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} e=VSO!(rY
template < typename T2 > <~uzHg%Y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } NxnRQS
} ; tZ[9qms^_
d[l8qaD
同时,holder的operator=也需要改动: B bmw[Qf\
(9]1p;
template < typename T > $O\m~r4
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ThX3@o
{ 9ad)=3A&L
return assignment < holder, T > ( * this , t); 1oO(;--u_
} ;U4O` pZ
uxxk&+M
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。 [,Rc&7p~R
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 1sg:8AA
cZN<}n+q
return l(rhs) = r; h!dij^bD
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。 17'd~-lE
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: t8RtJ2;
eg*a Vb
template < typename Tp > )8^E{w^D}
class constant_t T^^7@\vDI
{ =M?+KbTJ3
const Tp t; }R+#>P
public : VvIUAn
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ef*Z;HI0
template < typename T > Y`22DFO
const Tp & operator ()( const T & r) const ;v]C8 }L^
{ ROTKK8:+:
return t; FFZ?-sE
} [O\)R[J
} ; iuWUr?`\
cRKLyb
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 8OOAPp$%|
下面就可以修改holder的operator=了 UBW,Q+Q
D6lzcf
template < typename T > !)oQ9,N
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ^"<Bk<b(
{ U0-RG
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); . h)VR
5?j
} mQVlE__ub
,1 H|{ <
同时也要修改assignment的operator() 1ik.|T<f0
&I
~'2mpk
template < typename T2 > >{Ayzz>v
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 1^]IuPxq
现在代码看起来就很一致了。 N}/V2K]Q
lPz`?Hn
六. 问题2:链式操作 a=ZVKb
现在让我们来看看如何处理链式操作。 =k d-rIBc
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 pFd{Tdh
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 91R7Rrne
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 vxf09v{-
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ABoB=0.l
en|~`]HF
template < typename T > O D5qPovsd
struct result_1 zK~_e\m
{ !lg_zAV
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; e%:vLE
9
} ; 6miXaAA8
D@X"1X!F`G
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: :KC]1_zqR
x Y$x=)
template < typename T > 5hEA/G
struct ref ,^
,R .T
{ m~=VUhPd
typedef T & reference; f8K0/z
} ; &b:y#gvJ:
template < typename T > _)pOkS
struct ref < T &> 1h`F*:nva
{ fif'ptK
typedef T & reference; a'HHUii=
} ; <~ay4JY
?2o+x D2
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: DJdhOLx
Q& d;UVp
template < typename T > HqqMX`Rof
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ,b^jAzow
{ 30w(uF
return l(t) = r(t); -h|[8UG^b
} |4BD
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。 oJ5n*[qUI
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 '_DB0_Dp
GZ5 DI+3
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 4VF]tX?o
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ci?\W6
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 mK7SEH;
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 qldm"Ul
最后的布局是: PU\xF t
Add 3r^||(_u
/ \ '"%hX&]5
Divide 5 =saRh)EM
/ \ oEZhKVyc.y
_1 3 J7WNgl%
u
似乎一切都解决了?不。 KX\=wFbP)
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。 E rA*a3
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。 9;*B*S~znW
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: oP7)
_o?aO C
template < typename Right > t#f-3zd9
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const w"kBAi&
Right & rt) const X/%!p<}:'
{ 9^sz,auB
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); /3Y"F"`M.
} ~_CZ1
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 HYdt3GtJ?
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。 ZBK)rmhMx
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。 \
D>!&
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。 x^`P[>
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。 C.u)2[(
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? Tsu\4
cL]
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: /i!/)]*-
u1'l4VgT
template < class Action > Wxj(3lg/
class picker : public Action Wl&6T1A`"
{ +sZY0(|K8
public : FD~uUZTM
picker( const Action & act) : Action(act) {} #Wl9[W/4
// all the operator overloaded ~r})&`5
} ; Z~w?Qm:/
`]6W*^'PD
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。 c.-dwz
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: 6~!7?FK
KCa @0
template < typename Right > um".Z4S
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const T.{]t6t$U
{ HD$r<bl
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); m=iKu(2xRq
} W+V &