一. 什么是Lambda -(?/95 Y
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 qzNb\y9G
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, {H[N|\
%pq.fZI
F_:zR,P%#
1ygEyC[1
class filler N 5Om~D
{ `ZEFH7P
public : f> Jj5he/
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} r]cq|Nv8:
} ; ]'Eg2(wy
=5Db^
Vv+nq_
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: u]NsCHKlT
trrNu
T2Z$*;,>T
}:faHLYT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); u|}\Af
n(Nu
(Z$7;OAI
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 .Xp,|T
B(Yg1jAe
w~Q\:<x&~Z
Wo&22,EB
二. 战前分析 K>.}>)0
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ?9{^gW4|
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 W'@G5e
%!Eh9C*
`uPO+2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^}$t(t
/* --------------------------------------------- */ N~/X.D4e#
vector < int *> vp( 10 ); 'Iw`+=iVz
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); "vybVWEE
/* --------------------------------------------- */ i5le0lM
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); W gyRK2#!
/* --------------------------------------------- */ Pq+|*Y<|&
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); geK;r0(f
/* --------------------------------------------- */ C{*?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); [x7Rq_^
/* --------------------------------------------- */ ;q-c[TZC
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Cu%BU}(
>b\|%=(x!*
~`e!$=
Pn^:cr|
看了之后,我们可以思考一些问题: aOg9Dqtg)f
1._1, _2是什么? A*0X~6W
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 +arh/pd_I
2._1 = 1是在做什么? [.|& /O
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 [K
#$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。 ~H \P0G5GA
-ABj>y[
_`=qc/-0
三. 动工 5,XEN$^
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: bl!pKOY
f1SKOq
W<&/5s
lW-G]V
template < typename T > rV"3oM]Lo
class assignment Nz{qu}dt
{ $Xo_8SX,
T value; MbYgGE,LA
public : ,.{M1D6'R`
assignment( const T & v) : value(v) {} IW nG@!
template < typename T2 > `Qb!W45
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ~-sgk"$
} ; #QlxEs#%
qYe`</
Se[=$W
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ecl6>PS$'
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment y /8iEs
)ty>{t
c9H6\ &
M3KK^YRN
class holder ,>(X}Q
{ 0*P-/)o x
public : \s8h.xjU
template < typename T > #r>)A
assignment < T > operator = ( const T & t) const _G4U
{ !N\_D
return assignment < T > (t); \g]rOYW
} JUGq\b&m
} ; yp]vDm
wk'(g_DP
[xfg6
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: _,F\%}
uUBUUr
static holder _1; -=:tlH
n
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 o^uh3,.
U\{I09@E 0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); wuCZz{c7
而不用手动写一个函数对象。 *.$ov<E.
b+AxTe("
,{"K^
CucW84H`J
四. 问题分析 [D?xd/G
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 8j]QnH0&
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ga1b%5]v.
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 v7+|G'8M`
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 lzFg(Ds!f
下面我们可以对这几个问题进行分析。 uRuu!{$
]=|iO~WN
五. 问题1:一致性 3uvl'1(%J
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?| Iw$T'I+4W
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 +K=RM qM-8
~d3BVKP5
struct holder >9g^-~X;v
{ =AHV{V~
// f4X}F|!h
template < typename T > S]&i<V1qX
T & operator ()( const T & r) const JO87rG
{ :w4 H$+j
return (T & )r; HW6Cz>WxOW
} z;0]T=g
} ; Np~qtR
SN QLEe
这样的话assignment也必须相应改动: O1]XoUH<
Eh`W J~
template < typename Left, typename Right > 1-! |_<EW1
class assignment I= z+`o8
{ 2NL|_W/
Left l; zzKU s "u
Right r; ~3Z(0gujD
public : ~vR<UQz
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} fG7-07
template < typename T2 > 3bugVJ93
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } A_6Dol=J@
} ; \>eFs} Y/
.9!&x0;
同时,holder的operator=也需要改动: Ujly\ix`
aUBu"P$J
template < typename T > \ItAc2,Fl
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const KkHlMwv
{ 7nPm{=BG
return assignment < holder, T > ( * this , t); ~-(X\:z}
} afcyAzIB&
3'`X_C|d53
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 eR8>5:V_
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 .aIFm5N3?
Qnp.Na[JV
return l(rhs) = r; gm&O-N"=U
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ?Vr~~v"fg8
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: N<lf,zGw
L\kT9wWK|
template < typename Tp > PuU<
class constant_t VzFzVeJ
{ jM(!!AjpC
const Tp t; xJ|Z]m=d
public : 4b$m\hoN
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} *WXqN!:
template < typename T > ;W#/;C
_h
const Tp & operator ()( const T & r) const $Jj0%?;
{ e-o$bf%
return t; ?x =Sm|Ej
} mZ
t:
} ; t+SLU6j,
V -9z{
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 2HvzMo-4
下面就可以修改holder的operator=了 [$GQ]Y
C}mWX7<Z.
template < typename T > E;x~[MA
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const |=}v^o ZC
{ ,}42]%$G
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); iJK rNRj
} SxCzI$SGu
'Xzi$}E D
同时也要修改assignment的operator() @-qC".CI
g7W\
&
template < typename T2 > rO{"jJ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } bYH! P/
现在代码看起来就很一致了。 -[`FNTTV C
GB_m&t
六. 问题2:链式操作 #8jH_bi
现在让我们来看看如何处理链式操作。 6Bm2_B
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。 TDQh ^Wo
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。 gb0ZGnI
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。 :`P;(h
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct T)B1V,2j=
;42D+q=s
template < typename T > P X<,/6g z
struct result_1 &9'JHF!l
{ Q,`Y
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 0Z{(,GU
} ; jNNl5.
.el_pg
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: WH$
Ls('
Pjff%r^
template < typename T > xX.Ox
struct ref rzqUI*4%
{ Zb#
typedef T & reference; gB@Wv91
} ; a[8_O-
template < typename T > h(G(U_V-Od
struct ref < T &> :PaFC{O)*
{ Q$9`QY*6"p
typedef T & reference; SwuadN
} ; #Y*AG xk
/(nA)V( :
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: c~|/,FZU'
fwQ%mU+
template < typename T > HF\L`dJX?
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const /aJl0GL4!
{ qwaw\vOA
return l(t) = r(t); yK&)H+v
} j{P,(-
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 rd1&?X
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 X6<HNLgra
GW{Nc!)
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 {+t'XkA
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: X>|.BvY|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 9HEc=,D|
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 gi@+27;
最后的布局是: W^+bgg<.
Add 5#f&WL*U@
/ \ nhCB])u8l
Divide 5 J= |[G'
/ \ 28BiuxVW
_1 3 |ns^'q
似乎一切都解决了?不。 ?\#4`9
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ` ?6m0|\@
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 G%kXr$?W
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: <qRw!
'S^
3 ^su%z_%
template < typename Right > H_8@J
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const BkqIfV%O
Right & rt) const BS|-E6E<
{ dF.T6b
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @xkM|N?
} X}usyO'pW
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 b]g.>$[nX
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。 "?9fL#8f*!
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。 ?<LG(WY
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。 X7 ZaQ .
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。 !7^He3
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? }>
1h+O
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: [
$"iO#oO
\A~
'&
template < class Action > 4*9Dh
class picker : public Action iN{TTy
{ .N+xpxdG,
public : XWUTb\@
picker( const Action & act) : Action(act) {} ^LcI6h
// all the operator overloaded =4%C?(\
} ;
Qom@-A
f%}+.eD
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 EqmJXDm
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 6 aK--k
x> q3w# B
template < typename Right > OLR1/t`V
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const FXSDN268
{ Y}#^n7*w~
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); pnG8c<
} D8 #q.OR]
{pg@JA
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 1!C,pXU#:
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 @}Z/{Z[@
G7202(w
<
template < typename T > struct picker_maker (hV"z; rI
{ C/vLEpP{(/
typedef picker < constant_t < T > > result; ;'
W5|.ZN
} ; ).S<{zm7
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > F@lpjW
{ bOdv]nQ1
typedef picker < T > result; Rp|&1nS
} ; BT1'@qF
3.H-G~
下面总的结构就有了: dtBV0$
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。 _Kj.
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。 Mfr#IzNHN
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 7EO&:b