一. 什么是Lambda <0[{Tn
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 1VW;[ ocQ
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, gv=mz,z
e'<pw^I\
6T%5vg_};'
Y.$InQ gL
class filler J"w!Q\_
{ ]h (TZu
public : u7|{~D&f
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} [BS3y`c
} ; y^; =+Z
uA;3R\6?
wK8/`{B9
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: />fP )56*
'BT}'qN
T-7'#uB.m
x}TDb0V
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); OHnHSb'?\
$cO"1mu
aubmA0w
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 <}pwFl8C)
%
'>S9Ja3
!O$ */7
a!"81*&4#
二. 战前分析 66\0JsT?3
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。 ld1t1'I'
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 DM6oMT
l*[ .
myH:bc>6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); o{*8l#x8
/* --------------------------------------------- */ pL$UI3VCP
vector < int *> vp( 10 ); 7>-y,?&
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); m:TS
.@p
/* --------------------------------------------- */ bhXH<=
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); U*8;ZXi
/* --------------------------------------------- */ ?WWnt^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Kq/W-VyGh
/* --------------------------------------------- */ i|>K
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); W38My j!
/* --------------------------------------------- */ qF6YH
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); D={|&:`L e
bo&!oY#
owe362q
k/nOz*
看了之后,我们可以思考一些问题: {! RW*B
1._1, _2是什么? s-r$%9o5
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。 Ah)OyO6
2._1 = 1是在做什么? *iF>}yh e
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。 W|=?-
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。 7Z>u|L($m
GCrh4rxgg
|0(Z)s,
三. 动工 b:7;zOtF
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: [!{*)4$6
64}Oa+*s
M;W{A)0i1
9\*xK%T+
template < typename T > CogLo&.
class assignment =mCUuY#
{ j' -akXo<
T value; JnCY O^Qj
public : .LafP}%
assignment( const T & v) : value(v) {} f+0dwlIlC$
template < typename T2 > iR4CY-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 9>psQ0IRvr
} ; MoA2Cp;8X
GFvZdP`s4
,
j,[4^
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 >H@
dgb
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment }M
f}gCEW
I"3Qdi
?)Lktn9%
TJ`E/=J!
class holder hC}A%_S
{ WX
79V
public : /-4i"|
template < typename T > Z5Ao3O@
assignment < T > operator = ( const T & t) const ;^:~xJFx|
{
N`y!Km
return assignment < T > (t); \~xsBPX+x
} p<'mc|hGq
} ; g=pz&cz;>\
tjOfekU
8_f0P8R!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: df#DKV:
@Th.=
static holder _1; '2z o
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 (|ga#%iI
^`YSl*:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); r0QjCFSF=
而不用手动写一个函数对象。 FqsG#6|x
3z:
rUhA
qYIBP?`g
EBw}/y{Kt
四. 问题分析 )aquf<u@
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。 u4$d#0sA
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 dT,X8 "
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 i[d-n/)
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 KBzEEvx/$
下面我们可以对这几个问题进行分析。 6luCi$bL
)QaJYC^+
五. 问题1:一致性 m*P~X*St
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| ?`\<t$M
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 /j
-LW1:N
\UJ:PW$7
struct holder n5UcivyX
{ (W3R3>;
// 3w{4G<I
template < typename T > ;eG%#=>
T & operator ()( const T & r) const bm%2K@ /U
{ 8[f]9P/i
return (T & )r; xQ1&j,R]
} ;#/b=j\pi
} ; N3vk<sr@
' n4zFj+S
这样的话assignment也必须相应改动: DXKk1u?Tq
3`#sXt9C
template < typename Left, typename Right > nUmA
class assignment ErB6fl
{ {>QrI4*A
Left l; +ls *04
Right r; HJBUN1n
public : }K"=sE
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} A &w)@DOe
template < typename T2 > E3,Z(dpX!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } w
\0=L=J
} ; lDp5aT;DsM
Dr(.|)hv[&
同时,holder的operator=也需要改动: I"sKlMD
l:Ci'=
template < typename T > TKoO\\
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const } M'\s
{ 9jaYmY]~
return assignment < holder, T > ( * this , t); s26s:A3rh
} E'[pNU*"x-
28X)s!W'
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 }}grJh>tGg
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 f(D?g
U <4<8'
return l(rhs) = r; M/d!&Bk
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 9]NsWd^^
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: R(pvUm&L
|[!xLqG
template < typename Tp > 'r1&zw(
class constant_t |V!A!tB
{ ,dBtj8=
const Tp t; s.zH.q,
public : F\-qXSA
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ?3KI}'}EM
template < typename T > jGI!}4_
const Tp & operator ()( const T & r) const Wf: AMxDm
{ L$@RSKYp
return t; q#sMew\{
} UfcM2OmbK
} ; U0jq.]P
BAoqO
Xv
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?H*_:?=6
下面就可以修改holder的operator=了 z_JZx]*/
8qS)j1.!
template < typename T > 1%EY!14G+
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ?_<ZCH
{ :Oq!.uO
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); B TcxBh
} ~&B_ Bswf
j nI)n*
同时也要修改assignment的operator() C6'[ Tn
#"i}wS
template < typename T2 > dUjdQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Zpu>T2Tp
现在代码看起来就很一致了。 ml?+JbLg0
V7rcnk#
六. 问题2:链式操作 @gxO%@@
现在让我们来看看如何处理链式操作。 V3@^bc!
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。 i>)Whr'e8
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。 D\*raQ`n
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。 c$uV8_ V
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct %K ]u"
8(Z*Vz uu
template < typename T > zac>tXU;
struct result_1 hC6$>tl
{ )%,bog(x
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; p' /$)klt
} ; >2VB.f
d8]6<\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: 6"_FjS3Sl
o`RTvGXk
template < typename T > l[\[)X3$
struct ref 0dIJgKanGP
{ |&RdOjw$u
typedef T & reference; 1q\U
(^
} ; mGL%<4R,
template < typename T > w:N\]=Vh
struct ref < T &> &,)9cV /
{ !(SaE'
typedef T & reference; 2d$hgR#v
} ;
ZfvFs
uE5kL{Fv
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: rxa8X wo8
EWqKd/
template < typename T > hrcR"OZ~X
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const )QI]b4[
{ W&bh&KzCW
return l(t) = r(t); &lGp
/m:
} ZB ~D_S
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 <7TpC@"/g
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ;! CQFJ=
zyCl`r[}
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 .4-;
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ;AG5WPI
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 CH9#<?l
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 7qzI]
最后的布局是: [IV8
Add Ns1u0$fg
/ \ \f{C2d/6j
Divide 5 W*U\79H
/ \ FirmzB Il5
_1 3 SrHRpxy
似乎一切都解决了?不。 ?J<4IvL/
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。 Keof{>V=CA
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。 v5<Ext
rV
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: t[an,3
q~l&EH0
template < typename Right > .}CPZ3y
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const IS'=%qhC`
Right & rt) const #;^.&2Lt
{ PeE'#&wn
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); sKHUf1
} Ko -<4wu
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 yiI&>J))
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。 qvYw[D#.
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。 !T
@|9PCp
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。 :5CwRg
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。 *AxKV5[H
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? \:"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: Sf*VkH
,VHvQU
template < class Action > im1]:kr7
class picker : public Action I{1w8m4O6
{ g~Q#U;]
public : pu `|HaQaE
picker( const Action & act) : Action(act) {} 2V F|T'h
// all the operator overloaded "t\rjFw
} ; 6dg[
9"<)DS
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。 <'B`b
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: S)Ld^0w
\h
#vL
template < typename Right > j4brDlo?@
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const l"ih+%S
{ tnKzg21%
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); OwDjUKeN
} L{5zA5#m
M(/%w"R
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > B>~E6j7[Mp
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。 nTYqZlI,
}-8K*A3
template < typename T > struct picker_maker XPX{c|]>.
{ IlS{>6
typedef picker < constant_t < T > > result; |4-Ey! P
} ; ]>`Q"g~0
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > >:wk.<Z-
{ 9`c :sop
typedef picker < T > result; ^. Pn)J
} ; ]HCt%5
]A'e+RD4k
下面总的结构就有了: nre8 F
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。 Grw_SVa^
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。 ;GE0iSC
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 L@[bgN`=v
至此链式操作完美实现。 +%>L;'L
^X
][_:{ N/
9$d (`-&9p
七. 问题3 L!e@T'
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 78NAcP~6c
"w_(p|c m=
template < typename T1, typename T2 > TJO|{Lxm
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Gzm[4|nO^
{ v_G4:tY
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); gw5CU)r4$
} S9xC> |<
r{Fu|aoa;5
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: 6|9];)
iOD9lR`s
template < typename T1, typename T2 > )fCl <KG*
struct result_2 Kk??}
{ b!UT<:o
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; {`1zVT p[<
} ; Dcp,9"yt%
0jg-]
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? A)VOv`U@2
这个差事就留给了holder自己。 oM< &4F
x&8?/BR
~%sDQt\S
template < int Order > Ob(j_{m
class holder; -8TJ~t%w4
template <> T>LtN
class holder < 1 > Q0M8}
{ -|ee=BV
public : 1zl@$ Nt
template < typename T > Wc+ e>*
struct result_1 r5F#q
{ y6G[-?"/Q
typedef T & result; A}oR,$D-
} ; cvc.-7IO
template < typename T1, typename T2 > 'MC)%N,
struct result_2 0 J ANj
{ V:l; 2rW
typedef T1 & result; 0eb`9yM
} ; >0~y"~M
template < typename T > tb_}w@:kU
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 6%:'2;xM
{ %=NqxF>>
return (T & )r; u/hD9g~H7K
} AoTL)',
template < typename T1, typename T2 > O-: ~6A
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const /S|Pq!4<
{ i@d!g"tot
return (T1 & )r1; zJ@f {RWZa
} )b5MP1H
} ; a0.)zgWr
Lx(Y=
template <> 9fe~Q%x=u
class holder < 2 > 2"%d!"
{ B\N,%vsx#U
public : \7Zk[)!FL
template < typename T > i;Gl-b\_h
struct result_1 dyg1.n#M}
{ y+X%qTB
typedef T & result; AMtFOXx%I
} ; 33
N5> }
template < typename T1, typename T2 > TNiFl hq
struct result_2 F1MPo;e
{ "esV#%:#J
typedef T2 & result; iUSs) []H>
} ; *UEo&B2+
template < typename T > hX[hR
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Ak|jJ
{ 3B;B#0g50
return (T & )r; |ss_<
} `bivAL
template < typename T1, typename T2 > K4oLb"gB1
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 79S=n,O
{ ]Ub?Wo7F?
return (T2 & )r2; qzV:N8+,`
} KS%xo6k.
} ; Is%-r.i
u,/PJg-(!
Q%KS$nP9
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> >。 [?]s((A~B
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: wn|Sdp
首先 assignment::operator(int, int)被调用: , gz:2UY#
MbjH\XRB
return l(i, j) = r(i, j); j>P>MdZtk
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) BcA:M\dK%
5qUyOkI
return ( int & )i; c 8E&
return ( int & )j; vE&
最后执行i = j; ?1 ?m4i
可见,参数被正确的选择了。 T4w`I;&v
t[0gN:s
=y^N'1q
cojuU=i
]LNP"vi;
八. 中期总结 Tpkm\_
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: OSsdB%bIu`
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 b+3{ bE
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 T2^@x9
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor lZE x0
>'E'Mp.
Fe`$mtPu .
{6v+
Dz>
!a4pKN`qLY
d94Lc-kq^
九. 简化 72luTR Q
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 WEWNFTI
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 ,9
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种: }J"}poB:
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 NcFHvK
+-*/&|^等 m<