一. 什么是Lambda UrN$nhH
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 0t/ S_Q
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, Y5c( U)R8
YjvqU /[3
Vxo3RwmR
*/O6cF7
class filler 1V FAfv%}
{ m4>v S
public : +&(sZFW5o
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} '9{H(DA
} ; I/XVo2Ee
G1$DVGo
$Snwx
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: GrVvOJr
8eWb{nuJ>
6CY_8/:zL
"N7C7`izc
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); n;v8Vc'
J@!Sf7k42
_ F@>?\B
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 CDU^X$Q
_Xsn1
i"Ct}7i
"W\
#d
二. 战前分析 A3C<9wXx
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。 ?|N:[.
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 e)cmZ8~S
w`F}3zm
90K&s#+13
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); w y:.
/* --------------------------------------------- */ 2s|[!:L5
vector < int *> vp( 10 ); {P1W{|
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); @>X."QbE
/* --------------------------------------------- */ &EA4`p
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); k3S**&i!CR
/* --------------------------------------------- */ pg4M$;ED
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); FjkE^o>
/* --------------------------------------------- */ ZLE4XB]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); s49AF
/* --------------------------------------------- */ w
y:USS?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); lYQcQ*-
> {fX;l
r4!zA-{
,h8)5Mj/J
看了之后,我们可以思考一些问题: o] )qv~o)
1._1, _2是什么? VNXB7#ry
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ~[k2(
2._1 = 1是在做什么? CIO&VK
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 `lcpUWn
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ZuBVq
K'1rS[^>R
D$#=;H
,
三. 动工 ~l{CUQU
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 1xT^ ,e6
:t\PYDp1
J]fjg%C2m
?%oPWmj}
template < typename T > I#uJdV|x
class assignment QVzLf+R~
{ 7Py8!
T value; )ae/+Q8
public : (iBBdB
assignment( const T & v) : value(v) {} ]9;WM.
template < typename T2 > TO3Yz3+A
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } &*/X*!_HK
} ; EG<K[t
(nvSB}?
G^)|c<'M
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 /+02BP
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ^XZmtB
Q8z>0ci3o
B1*%pjy
"xnek8F
class holder a&PoUwG
{ 0o`0Td
public : TtkB
template < typename T > E$smr\
assignment < T > operator = ( const T & t) const LB 2
2doW
{ P9X/yZ42
return assignment < T > (t); ^[^uDE
<
} =0x[Sa$&,
} ; )0qXZgs
>MiA|N=
*K-,<hJ#L
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: dIIsO{Zqv
G}}oeS
static holder _1; >Pbd#*
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 (W*yF2r
o7]h;Zg5r
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $zxCv7
而不用手动写一个函数对象。 U/0NN>V
WmOd1
mxP{"6
8c]\4iau
四. 问题分析 }b6ja y
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。 aViJ?*
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。 $~ zqt%}
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 r(i<H%"Z
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 :^J(%zy
下面我们可以对这几个问题进行分析。
fwXk{P/
`~pB1sS{
五. 问题1:一致性 ^N0hc!$
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?| WpSdukXY{
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ZaXK=%z
3lA<{m;V
struct holder k{"~G#GwP
{ %# J8cB
// kpK:@
template < typename T > 8oN4!#:
T & operator ()( const T & r) const K6!`b(
v#
{ |$7!u DU8
return (T & )r; }Ct_i'Ow
} p5G O@^i
} ; /Hx%gKU
/M B0%6m
这样的话assignment也必须相应改动: bF?EuL
AB}Qd\
template < typename Left, typename Right > M(? |$$
class assignment #r:J,D6*
{ (VwS9:`
Left l; \p [!@d^
Right r; &e3z)h
public : oaRPYgh4
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} \!z=x#!O$
template < typename T2 > *"j_3vAx
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } G0y%_"[
} ; q0DoR@
NjsP"
同时,holder的operator=也需要改动: ^vsOlA(4
N-K.#5
template < typename T > ;?h#',(p
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const U{eC^yjt"o
{ -"!V&M
return assignment < holder, T > ( * this , t); fgTvwOSk
} |w /txn8G|
hMhD(X
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。 YM+}Mmu
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 YN"102CK
2/?pI/W
return l(rhs) = r; _lyP7$[:
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。 %aL>n=$
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: My_fm?n
4ol=YGCI_
template < typename Tp > 5
MQRb?[
class constant_t JL;H :`x
{ 3=sA]j-+(
const Tp t; k 2;m"F
public : A 7DdU NR
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} YfF&: "-NU
template < typename T > [J-r*t"!
const Tp & operator ()( const T & r) const gjyg`%
{ {vA;#6B|
return t; dA\>z[n=
} rYN`u
} ; k_O"bsI)
LUS7-~:F
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 90I)"vfW5
下面就可以修改holder的operator=了 !!Mp;h'}-
[>Q{70 c[
template < typename T > 9OT2yCT
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const &\Cvrxa
{ Zb);08X
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); i&.F}bEi
} 4B (*{
K%Q^2"Eb0
同时也要修改assignment的operator() t#Yyo$9
iVXR=A\er
template < typename T2 > \UtUP#Y{t
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } -b)p6>G-C
现在代码看起来就很一致了。 >+,1@R
_%i|*
六. 问题2:链式操作 ufEt"P-X.
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ']+H P9i$
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。 GXJ3E"_.
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。 `Rj
i=k>
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。 \Xxx5:qM
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct '*-X3p
b;!ilBc
template < typename T > '[\%P2c)Q
struct result_1 *p.ELI1IC
{ :*c@6;2@
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; o#0NIn"GS/
} ; 5\QNGRu"
:peBQ{bj
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: &[RC 4^;\V
fjp>FVv3
template < typename T > vkbB~gr@*
struct ref ;;l(
{ xW"J@OiKL
typedef T & reference; Mh3zl
} ; B(^fM!_%-6
template < typename T > ;]nU->
struct ref < T &> @&EE/j^
{ 3]}W
typedef T & reference; 2px5>4<
} ; \ 0<e#0-V
%$sWNn
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: pR\etXeL d
/hI#6k8o_
template < typename T > _Q.3X[88C
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const :I<%.|8
{ 8eOQRC33
return l(t) = r(t); ;y5cs;s
} =WDf [?ED
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。 \dufKeiS&a
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 8|7Tk[X1j
6{+~B2Ef
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 =797;|B H
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ;?n*w+6<
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 $T3/*xN
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 A 9tQb:
最后的布局是: \N"K^kR4
Add rZpc"<U
/ \ YrZAy5\
Divide 5 cMK6
/ \ o5Qlp5`:u
_1 3 If4YqBG
似乎一切都解决了?不。 M6DyOe<
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。 G9VzVx#T#
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。 Saz+GQ G
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: |h6@hB\
!+fHdB
template < typename Right > eh)J'G]G
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ,&)XhO?
Right & rt) const ?hDEFW9&^x
{ Ud{-H_m+
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); c#{<|
.
} F1%'
zsv
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 7g&_`(
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。 OQ[>s(`*{
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。 CT"0"~~
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。 %Yd}},X_E
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。 %
)|/s%W
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? k?xtZ,n{s
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: Bpk%,*$*)
_BW$?:)9
template < class Action > MX9q
)(:
class picker : public Action *=;=VUu5
{ ASu9c2s
public : Pv/P<i^
picker( const Action & act) : Action(act) {} AKAAb~{
// all the operator overloaded jq =-Y
} ; AHZ6
Q g"{F},4
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。 x$s #';*
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: rxDule3m
0U$6TDtmE
template < typename Right > E176O[(V=
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Nw|Lrn*h!
{ rp1u
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); G_AAE#r`
} Ogjjjy84vM
&"^A
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > )Ba^Igb}
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。 I [e7Up
MGmtA(
template < typename T > struct picker_maker K7_)!=DcX
{ _Yh4[TT~/
typedef picker < constant_t < T > > result; 5h20\b?=$
} ; ;j/ur\37
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 4|:{apH
{ CZ&TUE|:DA
typedef picker < T > result; b]Z@zS<8
} ; ^kXDEKm
y*7ht{B
下面总的结构就有了: _k
j51=
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。 *`l>1)B>
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。 &Vonu*
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 {b#c0>.8-
至此链式操作完美实现。 hw1ZTD:Y
txL5'mK
<edAWc+
七. 问题3
|u$AzI
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。 ueWG/`ig
%[p[F~Z^Z
template < typename T1, typename T2 > t*D[Q$v
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const &.4lhfI+(Q
{ sV77WF
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); XhIgzaGVu
} 47icy-@kg
0kiW629o
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: |Ec $%
3]c<7vdl
template < typename T1, typename T2 > D#k>.)g
struct result_2 Ws1<Jt3/."
{ }wv$ #H[
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; #lB[]2]N
} ; @u$oqjK
PD/~@OsxU
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? I&(cdKY
z
这个差事就留给了holder自己。 L g%cVSz/C
H%sQVE7m
^lQ-w|7(
template < int Order > liU=5BL
class holder; MRJ dQCBV
template <> o#+!H!C.O
class holder < 1 > iT|+<h
{ -)$)<k
public : 4ErDGYg}
template < typename T > }e@j(*8
struct result_1 _6(zG.Fg
{ {+r?g J
typedef T & result; zJx<]=]
} ; }7C{:H2d
template < typename T1, typename T2 > zg5u
struct result_2 Ar):D#D
{ }& 1_gn15
typedef T1 & result; zBoU;d%p>
} ; | z('yy$
template < typename T > 9(@bjL465
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Az)P&*2:'`
{ ;N/c 5+
return (T & )r; p@Qzg
/X
} aFC3yMKXh
template < typename T1, typename T2 > ~ R* 6w($
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const TY8 8PXW
{ hrXN38-
return (T1 & )r1; '+}hVfN
} ?`w ~1
} ; `i.f4]r
f|q6<n_nM
template <> Dn6DkD!
class holder < 2 > O&O1O>[p1
{ h]D=v B
public : :s$9#}hw,
template < typename T > d-?~O~qD|!
struct result_1 }U#S*
{ #~#_)\l'F
typedef T & result; nxH$$}9
} ; r^
"mPgY
template < typename T1, typename T2 > yDyq. -Q
struct result_2 V*)6!N[5
{ {$s:N&5
typedef T2 & result; @E==~ b
} ; ~ib#x~Db
template < typename T > @L~y%#
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const '17=1\Ss6;
{ ~pF'Qw"z|
return (T & )r; o+ tY[UX
} [@\f 0R
template < typename T1, typename T2 > OsK=% aDpj
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const h`vM+,I
{ *wSl~J|ZM%
return (T2 & )r2; 2R5]UR S
} v)pdm\P
} ; ae^xuM?7
c{852R
Y8AU<M
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> >。 %V+,#
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: Us%VBq
首先 assignment::operator(int, int)被调用: /g8yc'{p
:]//{HF
return l(i, j) = r(i, j); bqe;) A7
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) ioviJ7N%
O
A2vOI8
return ( int & )i; d>aZpJ[.
return ( int & )j; v\HGL56T
最后执行i = j; a1}W2;W0]g
可见,参数被正确的选择了。 *3k~%RM%?
4,aBNuxWd
PuOo^pFhH
#h&?wE>
S9L3/P]
八. 中期总结 cfj6I
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: T&S<