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自己实现Lambda

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所在楼道
一. 什么是Lambda o_DZ  
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 a>/jW-?  
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, Q.`O;D}x  
sXm,y$ \m  
]Qb85;0)  
U0t~H{-H  
  class filler B;mt11M  
  { H:&|q+K=#  
public : }!0nb)kL  
  void   operator ()( bool   & i) const   {i =   true ;} d!]fou  
} ; z4[S02s  
D_4UM#Tw  
p?+*R@O  
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: ~i)IY1m"  
Lv`NS+fX  
wa}\bNKQk  
,c\3b)ax  
for_each(v.begin(), v.end(), _1 =   true ); >"q~9b A  
C!r9+z)<  
v3{[rK}  
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 KZ}F1Mr  
@f wk  
><Z`) }f  
$VLCD  
二. 战前分析 LV X01ox$  
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。 zIjUfgO/M  
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 T2V# fYCc  
".R5K ?  
a;$'A[hq  
for_each(v.begin(), v.end(), _1 =   1 ); y $K#M  
  /* --------------------------------------------- */ BXf.^s{H  
vector < int *> vp( 10 ); R^=)Ucj  
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Lp?JSMe  
/* --------------------------------------------- */ D3+UV+&R/  
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 >   * _2); 5%E.UjC  
/* --------------------------------------------- */ :jp4 !0w  
int b =   * find_if(v.begin, v.end(), _1 >=   3   && _1 <   5 ); d=B DR^/wA  
  /* --------------------------------------------- */ 8O5@FU 3  
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout <<   * _1 <<   ' \n ' ); uBe1{Z  
/* --------------------------------------------- */ #n_uELE  
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) <<   * _1); ja2PmPv  
8v)PDO~D}A  
@9!,]n  
&E>zvRBQ  
看了之后,我们可以思考一些问题: >{dj6Wo  
1._1, _2是什么? Q*+_%n1 /  
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Fq<;-  
2._1 = 1是在做什么? *&vySyt  
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Ih!D6  
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 - :0{  
S}rW=hO  
!PfIe94{`  
三. 动工 !1H\*VM "  
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: e8TJ =}\  
v&>TU(x\H  
AF qut  
XVfp* `  
template < typename T > b7:B[7yK.x  
class assignment :W/,V^x}  
  { F+`DfI]/m  
T value; `2Buf8|a,  
public : % DQ.f*%  
assignment( const T & v) : value(v) {} #]yb;L  
template < typename T2 > a%-P^M;a2  
  T2 &   operator ()(T2 & rhs) const   { return rhs = value; } Xj\SJ*  
} ; ^%v<I"<Uq5  
XMM@EN  
BW>f@;egg  
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 "Iy @PR?>  
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment wNuS'P_(:T  
c0Tda  
L7jMpz&  
NC 0H5  
  class holder 7^bO`  
  { }{^i*T5rl  
public : W`C&$v#  
template < typename T > 4ifWNL^)  
assignment < T >   operator = ( const T & t) const >s E5zj|V  
  { urHQb5|T}  
  return assignment < T > (t); \^wI9g~0  
} edPnC {?s  
} ; ?Rl?Pp=>  
c7jft|4S  
0;Y_@UVj  
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: V(3udB@K  
{Ex0mw)T  
  static holder _1; +:2(xgOP.V  
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 cI3uH1;#  
'}c0:,5  
for_each(v.begin(), v.end(), _1 =   1 ); |WeLmy%9  
而不用手动写一个函数对象。 R Nr=M^Zn  
^/HE_keY  
t-SGG{  
:yvUHx  
四. 问题分析 5|:=#Ql*  
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。 $Q|66/S^  
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ]"^GRFK5  
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 f#414ja  
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 uH]n/Kv1,  
下面我们可以对这几个问题进行分析。 +MOUO$;fGt  
io:?JnQSA  
五. 问题1:一致性 u~?]/-.TY  
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?| 9VIsLk54^  
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ~s{$&N  
$cH'9W}3K  
struct holder 9Dd/g7  
  { #hzs,tvvD  
  // `c{i +  
  template < typename T > 2o/}GIKj  
T &   operator ()( const T & r) const lN1T\  
  { G:' -|h  
  return (T & )r; k+-u 4W   
} vVKiE 6^  
} ; dvsOJj/b  
+(r8SnRX  
这样的话assignment也必须相应改动: dW!T.S  
eUqsvF}l!  
template < typename Left, typename Right > VX&KGG.6  
class assignment sJ?Fque  
  { fCZbIt)Eh  
Left l; (a`z:dz}  
Right r; n?aogdK$V  
public : 2hf]XV\  
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Yk<?HNf  
template < typename T2 > [F+lVb  
  T2 &   operator ()(T2 & rhs) const   { return l(rhs) = r; } o?^j1\^  
} ; ^']xkS  
sKjg)3Sl  
同时,holder的operator=也需要改动: 3,tKqR7g  
|)pT"`  
template < typename T > N+!{Bt*  
assignment < holder, T >   operator = ( const T & t) const >F,~QHcz  
  { 5Z6$90!k  
  return assignment < holder, T > ( * this , t); }RDhI1x[mk  
} 3j<] W  
Y4! v1  
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。 lh~!cOm\=E  
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 $}W=O:L+D  
vYmRW-1Zxq  
return l(rhs) = r; ] 2FS=  
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 im%'S6_X4  
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: K!HSQ,AC  
z9&$Xao  
template < typename Tp > Gnj|y?'  
class constant_t j3IxcG}f  
  { *"O7ml]  
  const Tp t; uQ9P6w=Nt  
public : 6BLw 4m=h  
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} lkFv5^%  
template < typename T > OPBnU@=R  
  const Tp &   operator ()( const T & r) const Po(9BRd7  
  { ~naL1o_FZ  
  return t; E7oL{gU  
} >=6tfLQ  
} ; #s)6u?N  
!95ZK.UT  
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 E]6;nY?  
下面就可以修改holder的operator=了 vkASp&a  
aJOhji<b#L  
template < typename T > &JtK<g  
assignment < holder, constant_t < T >   >   operator = ( const T & t) const P8).Qn  
  { C:0Ra^i ?L  
  return assignment < holder, constant_t < T >   > ( * this , constant_t < T > (t)); + Q}Y?([  
} HPg@yx"U  
B;2os^*  
同时也要修改assignment的operator() ; R&wr _%  
iZwt,)(  
template < typename T2 > |.)oV;9  
T2 &   operator ()(T2 & rhs) const   { return l(rhs) = r(rhs); } #fRhG^QKp  
现在代码看起来就很一致了。 j0Kj>  
} R;.~F  
六. 问题2:链式操作 y5RcJM  
现在让我们来看看如何处理链式操作。 MU<Y,4/k  
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。 SLD%8:Zn  
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。 /3L1Un*  
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。 # ~} 26  
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct o;D87E6Z  
4T{+R{_Y1  
template < typename T > >hJ$~4?  
struct result_1 =^|^" b  
  { vjhd|  
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; c'vxT<8fWW  
} ; *rXESw]BR  
+5JCbT@y  
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: o6 'I%Gs  
mawomna  
template < typename T > I_6?Q^_uZ  
struct   ref F@& R"-  
  { X2}\i5{  
typedef T & reference; <IC=x(T  
} ; ` {gkL-  
template < typename T > 1y2D]h/'  
struct   ref < T &> lF2im5nZ?  
  { C},;M @xV  
typedef T & reference; 'nz;|6uC  
} ; m.iCGX  
h q6B pE  
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: r`qMif'  
.0:BgM  
template < typename T > h3Nwxj~E  
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const J}c57$Z  
  { 1XSA3;ZEc  
  return l(t) = r(t); XZEawJ0  
} 3l_Ko %qS  
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。 ?l! L )!2  
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 y>Zvose  
s:'M[xI  
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 W=c7>s0>  
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: m4b fW  
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 F[<EXLQ  
+5 调用divide的对象返回一个add对象。  }fpK{db  
最后的布局是: x#-uf  
                Add kTb.I;S  
              /   \ )G\23P  
            Divide   5 |s-q+q{|  
            /   \ WPygmti}Be  
          _1     3 A{iI,IFe  
似乎一切都解决了?不。 hb9e6Cc  
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` Tt[  
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。 "u~l+aW0  
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: Z4A a  
$#2ik~]>  
template < typename Right > M lgE-Lm  
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result >   operator = ( const IT! a)d  
Right & rt) const 8Y*SZTzV  
  { ] e!CH <N  
  return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); !sQ$a#Ea  
} EAn}8#r'(8  
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 },KY9w  
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。 i>HipD,TD  
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。 pJrc\`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。 _QbLg"O  
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。 u*B.<GmN  
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? @[u!  
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: +Mc kR  
 *Dtwr  
template < class Action > @qmONQ eb  
class picker : public Action %VOn;_Q*B  
  { Y:[WwX|  
public : -CfGWO#Gbx  
picker( const Action & act) : Action(act) {} agQzA/Xt  
  // all the operator overloaded xoF]r$sC8  
} ; AVVL]9b_2  
4r ;!b;3  
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 Rn~FCj,-  
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: @P#uH5U  
^29w @*  
template < typename Right > Zq=t&$*  
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result >   >   operator = ( const Right & rt) const LI_>fuv"8  
  { #c@Dn.W  
  return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8:;_MBt  
} }$!bD  
jXvGL  
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > K&0op 4&  
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 :LBG6J  
jLX{$,  
template < typename T >   struct picker_maker })!d4EcZf  
  { Z.Lm[$/edn  
typedef picker < constant_t < T >   > result; fN~kd m.  
} ; s:lar4>kM  
template < typename T >   struct picker_maker < picker < T >   > wNL!T6"G  
  { QLH&WF  
typedef picker < T > result; ((^jyQ  
} ; O=LS~&=,  
Os^sOOSY  
下面总的结构就有了: U^vQr%ha  
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 ;ZX P*M9  
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 Epj  
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 "<ow;ciJF  
至此链式操作完美实现。 J~KWn.  
2K<rK(  
PxzeN6f  
七. 问题3 D5fJuT-bp  
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 kK&tB  
Be}e%Rk  
template < typename T1, typename T2 > E]w1!Ah M  
???   operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const g]85[xz  
  { H+vONg  
  return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); &B^#? vmO  
} E@TX>M-&  
(A O]f fBU  
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: T:o!H Xdj^  
21D4O,yCe  
template < typename T1, typename T2 > j)ZvlRi,  
struct result_2 5,`U3na,  
  { :J]S+tQ)  
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; J9S9r ir&  
} ; d=V4,:=S  
jm&?;~>O  
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? :0IxnK(r&  
这个差事就留给了holder自己。 6} "?eW  
    q9o =,[  
[:sPZ{  
template < int Order > +*'  
class holder; pq_DYG]  
template <> 1)(p=<$  
class holder < 1 > j[NA3Vj1P  
  { 2uFaAAT  
public : kwNXKn/   
template < typename T > xb\(>7M6Y  
  struct result_1 !iUdej^tx  
  { c\FyX\ i  
  typedef T & result; 6-va;G9Fc  
} ; nR4L4tdS  
template < typename T1, typename T2 > 3S1V^C-eBx  
  struct result_2 S_LY>k?  
  { AE!WYE  
  typedef T1 & result; ;5^ grr@,4  
} ; '&Ox,i]t  
template < typename T > UXD?gK1  
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const NHA 2 i  
  { qY\zZ  
  return (T & )r; jENarB^As  
} g! ~&PT)*  
template < typename T1, typename T2 > h95C4jBE  
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const B[ae<V0 k  
  { ka{9{/dz3  
  return (T1 & )r1; X5 lB],t"=  
} N%;Q[*d@/  
} ; * 2[&26D  
C&D]!Zv F  
template <> @iB**zR/  
class holder < 2 > qyl~*r*  
  { /k<*!H]KSg  
public : //@_`.  
template < typename T > S#0y\  
  struct result_1 nQK@Uy5Yr  
  { d hiLv_/  
  typedef T & result; 2#_9x7g+  
} ; J9ovy>G  
template < typename T1, typename T2 > U@yrqT@;AU  
  struct result_2 i_g="^  
  { QNFA#`H  
  typedef T2 & result; QI~s~j  
} ; j^KM   
template < typename T > JiZ9ly( G  
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const @A!Ef=R  
  { ;w4rwL  
  return (T & )r; 1mOZ\L!m*  
} 5{ #9b^  
template < typename T1, typename T2 > 3Zsqx =w  
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const /r@P\_  
  {  &N0W!  
  return (T2 & )r2; meR%);\  
} <<(~'$~,L  
} ; Bp^>R`,  
`@ qSDW!b  
; 5my(J*b  
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 6BW-AZc  
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: W~W^$A  
首先 assignment::operator(int, int)被调用: 0VoC|,$U  
<S $Z  
return l(i, j) = r(i, j); \#tr4g~u  
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) AEPgQ9#E  
BxZ}YS:  
  return ( int & )i; wVE"nN#  
  return ( int & )j; ^!{oyw   
最后执行i = j; 3I:DL#f  
可见,参数被正确的选择了。 Q C~~  
GD[~4G  
'ZT!a]4  
]*i>KR@G  
NXeo&+F  
八. 中期总结 HxZ4t  
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: >ID 3oi  
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 5*g@;aR1  
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 68I4MZK>4  
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor DX$`\PA  
MLBZmM '  
q6j]j~JxB  
7MGc+M(p  
m 7 Fz&bN  
GmAE!+"  
九. 简化 s ]QzNc  
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。 y9s5{\H  
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 NLz$jk%=g  
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: Pv1psKu  
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 JAB]kNvI  
  +-*/&|^等 [&{"1Z  
2. 返回引用。 r4D66tF  
  =,各种复合赋值等 Jr''S}@|x  
3. 返回固定类型。 cK-!Evv  
  各种逻辑/比较操作符(返回bool) U4N S.`V  
4. 原样返回。 Ab_aB+g ]  
  operator, ;quGy3  
5. 返回解引用的类型。 l}O`cC  
  operator*(单目) /$9/,5|EA  
6. 返回地址。 k*!J,/=k  
  operator&(单目) |LNXu  
7. 下表访问返回类型。 '6/uc:zv  
  operator[] G&uj}rj  
8. 如果左操作数是一个stream,返回引用,否则返回值 efbt\j6@%2  
  operator<<和operator>> uO^{+=;A =  
x_@ev-  
OK,这样我们将返回值类型总结为以上8种,就可以将各种result_x从functor中剥离出来了。 } KMdfA  
例如针对第一条,我们实现一个policy类: U-lN_?  
Q'|cOQX  
template < typename Left > 6=')*_~/  
struct value_return Y7{|EI+@  
  { {M%"z,GL7J  
template < typename T >  (K?[gI  
  struct result_1 3Q;^X(Ml*  
  { N %?o-IY  
  typedef typename const_value < typename Left::template result_1 < T > ::result_type > ::value_type result_type; b _u&%  
} ; ol YSr .Q`  
7=<PVJ*/  
template < typename T1, typename T2 > K^w9@&g6  
  struct result_2 =riP~%_ML)  
  { C$(t`G  
  typedef typename const_value < typename Left::template result_2 < T1, T2 > ::result_type > ::value_type result_type; * e 8V4P  
} ; }40/GWp<f  
} ; XsR%_eT  
!^LvNW\|  
4u(}eE f7  
其中const_value是一个将一个类型转为其非引用形式的trait Tbwq_3f K  
pDKJLa  
下面我们来剥离functor中的operator() ?"C]h s  
首先operator里面的代码全是下面的形式: /f6]XP\'`+  
oqY?#p/  
return l(t) op r(t) \u/5&[;  
return l(t1, t2) op r(t1, t2) -e)bq: T  
return op l(t) +<q^[<pS  
return op l(t1, t2) txgGL'  
return l(t) op L;f=\q"g  
return l(t1, t2) op E8j9@BHU[r  
return l(t)[r(t)] b\+|g9Tm  
return l(t1, t2)[r(t1, t2)] yf8UfB#a  
\W\6m0-x  
很自然的,我们会想到用函数替代这种操作符行为以获得更加一致的形式: KW;xlJz(j  
单目: return f(l(t), r(t)); ^twv0>vEo  
return f(l(t1, t2), r(t1, t2)); {&;b0'!Tf  
双目: return f(l(t)); s<dD>SU  
return f(l(t1, t2)); /Z% ?;  
下面就是f的实现,以operator/为例 zk/!#5JtK  
m3XH3FgKz  
struct meta_divide ?ykZY0{B  
  { z84W{! P  
template < typename T1, typename T2 > C>u 3n^  
  static ret execute( const T1 & t1, const T2 & t2) oy`m:Xp  
  { p}.b#{HJ  
  return t1 / t2; =;a4 Dp  
} f|G7L5-  
} ; ."^dJ |fN  
|{jAMC0#  
这个工作可以让宏来做: x2B"%3th0  
&B2c]GoW  
#define DECLARE_META_BIN_FUNC(op, desc, ret) struct meta_##desc{\ $oQsh|sTI  
template < typename T1, typename T2 > \ <F3sQAe  
  static ret execute( const T1 & t1, const T2 & t2)   { return ((T1 & )t1) op ((T2 & )t2);} }; r zmk-V  
以后可以直接用 LAKZAi%O0  
DECLARE_META_BIN_FUNC(/, divide, T1) e>>G4g  
来申明meta_divide。同样还可以申明宏DECLARE_META_UNY_PRE_FUNC和DECLARE_META_UNY_POST_FUNC来产生单目前缀和后缀操作符的函数 VoyH:  
(ps.我本坚持该lambda实现不使用宏的,但是在这种小剂量的又很一致的代码面前,使用宏实在是很诱人。。。) [s34N+vU  
w@ 5/mf?  
/SKr.S61e  
下面就是要把operator()和result_x拼凑起来,形成一个我们要的functor,下面是一个单目的functor的实现体 ~76.S  
:fYwFD( 9  
template < typename Left, typename Right, typename Rettype, typename FuncType > y;Zfz~z  
class unary_op : public Rettype 0oJ^a^|  
  { CU;nrd"  
    Left l; yUSB{DLpla  
public : M$W#Q\<*#r  
    unary_op( const Left & l) : l(l) {} ,SM- Z`'  
Wi5|9  
template < typename T > xI4I1"/  
    typename Rettype::template result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const `eWc p^|  
      { 0xxzhlKNL  
      return FuncType::execute(l(t)); UjDF  
    } >h[!gXL^  
i@CMPz-h&  
    template < typename T1, typename T2 > N39nJqo>"  
    typename Rettype::template result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const q-G|@6O  
      { ?R]y}6 P$  
      return FuncType::execute(l(t1, t2)); zn ?;>Bl  
    } {~^)-^Wt:  
} ; N &[,nUd  
$vLV< y07  
W #L"5pRg  
同样还可以申明一个binary_op 9xQ 8`7  
--twkD  
template < typename Left, typename Right, typename Rettype, typename FuncType > :2pBv#\"qk  
class binary_op : public Rettype D'`"_  
  { M#cr*%  
    Left l; p}A4K#G  
Right r; Jo3(bl %u  
public : -z0{\=@#m  
    binary_op( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} H 1D;:n  
8}{o2r@  
template < typename T > +w.Kv ;  
    typename Rettype::template result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const n]DNxC@b  
      { }#G"!/ZA0:  
      return FuncType::execute(l(t), r(t)); eAsX?iaH  
    } kLVn(dC "  
3rdfg  
    template < typename T1, typename T2 > ) , ]2`w&k  
    typename Rettype::template result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const = b<<5N s  
      { Ydh<TF4!  
      return FuncType::execute(l(t1, t2), r(t1, t2)); z g7l>9Sc  
    } N 2"3~  #  
} ; RF5q5<0  
~$4.Mf,u  
Ok>(>K<r  
很完美不是么,unary_op/binary_op继承了Rettype, 也就拥有了该类所定一个全部result_x, 同时使用FuncType来执行运算符操作,很漂亮 T1Q sW<*j  
比如要支持操作符operator+,则需要写一行 k&A7alw  
DECLARE_META_BIN_FUNC(+, add, T1) <.WM-Z  
那么binary_op<Left, Right, value_return, meta_add>就自然是operator+(双目)的functor,不需要自己手动实现。 d{yIy'+0/  
停!不要陶醉在这美妙的幻觉中! D*cyFAF  
如果把这段代码拿到VC7或VC8下编译,你会得到很有趣的结果。。。 x$n~f:1Y  
好了,这不是我们的错,但是确实我们应该解决它。 43>9)t  
这实际上是vc的bug,解决方法是不要去使用typename Rettype::template result_2<T1, T2>::result_type这样的形式。(感谢vbvan) `(,*IK a  
下面是修改过的unary_op Aw4?y[{H  
g. ?*F#2  
template < typename Left, typename OpClass, typename RetType > +`*qlP;  
class unary_op qB F!b0lr  
  { b6nZ55 h  
Left l; R3j#WgltP  
  `~ _H=l9{  
public : I f3{E  
TF=k(@9J?  
unary_op( const Left & l) : l(l) {} U|J$?aFDr  
%{7_E*I@n  
template < typename T > VW9>xVd4  
  struct result_1 (Pv`L  
  { *p&^!ct  
  typedef typename RetType::template result_1 < T > ::result_type result_type; .?rbny  
} ; /5Zp-Pq  
Vvm=MBgN  
template < typename T1, typename T2 > : 8^M5}  
  struct result_2 UzgA26;  
  { a)!![X?\  
  typedef typename RetType::template result_2 < T1, T2 > ::result_type result_type; Ot`LZ"H:  
} ; )MWUS;O<  
'tb(J3ZP  
template < typename T1, typename T2 > -)1-~7 r  
typename result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 4$ Dt8!p0  
  { C4QeDvpI  
  return OpClass::execute(lt(t1, t2)); iHAU|`'N)  
} R_Zv'y6  
Ap5}5 ewM  
template < typename T > %G;0T;0L  
typename result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const 3 p/b  
  { Ih.rC>)rx  
  return OpClass::execute(lt(t)); Deg!<[Nw  
} No`|m0 :j  
_u&>&,:q  
} ; C:`;d&d  
#`W=m N(+k  
<9P4}`%)3  
该方法避免直接使用RetType的result_x,而自己申明一个对应的result_x做一次中转,虽然其实毫无意义,却恰好避开了vc的bug U1ZIuDg'E  
好啦,现在才真正完美了。 B*\$ /bk,  
现在在picker里面就可以这么添加了: XJqTmj3   
]@v}y&  
template < typename Right > d/3J' (cq  
picker < binary_op < Action, typename picker_maker < Right > ::result_type, ref_return < Action > , meta_add_assign >   >   operator += ( const Right & rt) const u!Xb?:3uj  
  { <W>++< -  
  return binary_op < Action, typename picker_maker < Right > ::result_type, ref_return < Action > , meta_add_assign > ( * this , rt); ^Ye\u1n4  
} E2@`d6  
有点长不是么?不过实际代码量减少了很多,而且此后如果支持的参数上限发生变化,我们就只需要修改binary_op和unary_op就行了。 #j;Tb2&w  
qn B<k,8T  
J/2j;,8D  
veeI==]  
1y J5l,q  
十. bind Nln`fE/Ht  
既然都做到这份上了,我们顺便把bind也做了吧,其实事情已经变得很简单了。 *5_V*v6  
先来分析一下一段例子 <,"4k&0Q>V  
7R}9oK_I  
j5Qo*p  
int foo( int x, int y) { return x - y;} _;56^1'T  
bind(foo, _1, constant( 2 )( 1 )   // return -1 UtnZNdl v  
bind(foo, _2, _1)( 3 , 6 )   // return foo(6, 3) == 3 YEv%C| l  
可见bind是一系列重载函数,返回某种functor,该functor的执行就是执行传进bind的函数指针并正确的确定参数。 S,)d(g3>  
我们来写个简单的。 C|MQ $~5:w  
首先要知道一个函数的返回类型,我们使用一个trait来实现: 9mlIbEAb  
对于函数对象类的版本: 8WL8/  
*U;'OWE[  
template < typename Func > ]hA,LY f  
struct functor_trait kH'p\9=  
  { _A98  
typedef typename Func::result_type result_type; -w1@!Sdd  
} ; %Y]=1BRk}  
对于无参数函数的版本: {:Aw_z:'  
/kgeV4]zR  
template < typename Ret > =<c#owe:m  
struct functor_trait < Ret ( * )() > r> k-KdS  
  { Z:*@5  
typedef Ret result_type; Wy4$*$  
} ; K=dR%c(  
对于单参数函数的版本: CS 8jA\  
u7fK1 ^O  
template < typename Ret, typename V1 > w]u@G-e  
struct functor_trait < Ret ( * )(V1) > oRM)% N#  
  { FS6<V0pil  
typedef Ret result_type; qnM|w~G  
} ; 'OkGReKt  
对于双参数函数的版本: :u6JjW[a)  
n(1')?"mA  
template < typename Ret, typename V1, typename V2 > \(~wZd  
struct functor_trait < Ret ( * )(V1, V2) > r@U3sO#N  
  { R\mR$\cS  
typedef Ret result_type; =w$tvo/  
} ; POAw M  
等等。。。 /ASaB  
然后我们就可以仿照value_return写一个policy )@gZ;`n  
Z(u5$<up  
template < typename Func > p5\]5bb  
struct func_return m/B6[  
  { b|xpNd-  
template < typename T > &<y2q/U}  
  struct result_1 1PH: \0}  
  { Vw tZLP36  
  typedef typename functor_trait < Func > ::result_type result_type; q%(EYM5Y  
} ; D&G"BZx|  
jN31hDg<z  
template < typename T1, typename T2 > ^EELaG  
  struct result_2 Yd EptAI  
  { 0(U#)  
  typedef typename functor_trait < Func > ::result_type result_type; ;5_{MCPM  
} ; =,y |00l  
} ; dS2G}L^L  
6%,C_7j  
L< ^j"!0  
最后一个单参数binder就很容易写出来了 r]@0eb   
}`(N:p  
template < typename Func, typename aPicker > ;-P)m  
class binder_1 =Prb'8 W  
  { a"N4~?US  
Func fn; !RB)_7  
aPicker pk; Tm}rH]F&  
public : {n#k,b&9B  
d^03"t0O]  
template < typename T > FBx_c;)9Z  
  struct result_1 Jn:ZYqc  
  { ;Uc0o!1  
  typedef typename func_return < Func > ::template result_1 < T > ::result_type result_type; 6!x&LoM  
} ; )J]9 lW&y  
d) f@ 5/<  
template < typename T1, typename T2 > f() FY<b  
  struct result_2 <8,o50`B  
  { zgx&Pte  
  typedef typename func_return < Func > ::template result_2 < T1, T2 > ::result_type result_type; SIO&rrT.  
} ; j /=i Mq  
!+>v[(OzM  
binder_1(Func fn, const aPicker & pk) : fn(fn), pk(pk) {} F+R?a+e  
=_$Qtq+h  
template < typename T > .2d9?p3Y  
typename result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const theZ]5_C  
  { 8fA_p}wp  
  return fn(pk(t)); sn7AR88M;  
} =q N2Xg/  
template < typename T1, typename T2 > b0 iSn#$  
typename result_2 < T1, T2 > ::result_type operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const u\&b4=nL  
  { ~ wg:!VWA)  
  return fn(pk(t1, t2)); J+rCxn?;g  
} Qt_dEl  
} ; oFOnjK"|F  
?X@fKAj  
c/c$D;T  
一目了然不是么? :#dE:L;T  
最后实现bind NM ]bgpP  
6'\6OsH  
OL4z%mDZi  
template < typename Func, typename aPicker > &zs'/xv]  
picker < binder_1 < Func, aPicker >   > bind( const Func fn, const aPicker & pk) 74!oe u.>  
  { j+>J,axU!  
  return binder_1 < Func, aPicker > (fn, pk); o7IxJCL=Q  
} 8~5cJPi6  
X,9 M"E 2  
2个以上参数的bind可以同理实现。 ,{\Bze1fn  
另外还可以照样实现一系列binder来绑定类成员函数/变量,手法雷同,就不详细介绍了。 l5L.5 $N  
 XL7h}  
十一. phoenix >0Q|nCx  
Boost.phoenix可能知道的人不多,让我们来看一段代码吧: cuOvN"nuNj  
!w&kyW?e  
for_each(v.begin(), v.end(), H'Yh2a`!o  
( sz9L8f2  
do_ NcY608C  
[ 6uKTGc4  
  cout << _1 <<   " , " Y@PI {;!  
] Tw +  
.while_( -- _1), bH"hX  
cout << var( " \n " ) 6e7{Iy  
) ca+[0w@S  
); DY[$"8Kxcp  
7FRmx 4(!  
是不是华丽的让人撞墙?其实这个比想象的好实现的多。还是照惯例分析一下吧: .*elggM  
首先do_很明显是个对象,该对象重载了operator[],接受一个functor作为参数,并返回另一个对象,该对象有一个成员函数while_,同样接受一个functor作为参数,并返回一个functor, 最后2个functor用operator, 生成一个新的functor >>[ G1   
operator,的实现这里略过了,请参照前面的描述。 ~o n(3|$  
那么我们就照着这个思路来实现吧: bXS:x  
ZJlEKib%2  
kI%%i>Y}  
template < typename Cond, typename Actor > >[X{LI(_<<  
class do_while 7Pa@1']  
  { G7D2{J{1  
Cond cd; PfkrOsV/m  
Actor act; 9{:O{nl  
public : !ti6  
template < typename T > 4b:s<$TZ  
  struct result_1 < })'Y~i  
  { +iI&c s  
  typedef int result_type; gzeQ|m2]  
} ; n-DVT;y  
Z}-Vf$O~  
do_while( const Cond & cd, const Actor & act) : cd(cd), act(act) {} 8uA,iYD  
KoS*0U<g6  
template < typename T > t='# |');  
typename result_1 < T > ::result_type operator ()( const T & t) const %Ts PyiYl  
  { Gt wT  
  do $Y 7c  
    { JsotOic%  
  act(t); `%j~|i)4  
  } e)?Fi  
  while (cd(t)); h&kZjQ&  
  return   0 ; &7_Qd4=08w  
} w^]6w\p  
} ; +}-@@,  
oTT7M`P3h  
7==f\%,  
这就是最终的functor,我略去了result_2和2个参数的operator(). 5/O'R9A4  
代码很清晰,但是还是让我来解释一下为什么要用int作为返回类型。 JH8zF{?  
其实对于do-while语义,返回类型是无意义的,然而将其定义为void会影响在某些情况下return的简洁性,因为return一个void是不合法的。 =w$}m_AM  
因此我们将其定为int,并返回0,这样减少了其它地方编码的复杂度。 B4]`-mahO  
下面就是产生这个functor的类: asC_$tsMe  
?Mee 6  
JCW\ *R  
template < typename Actor > z.}[m,oTF  
class do_while_actor pT$f8xJ  
  { ){Ob,LEU&  
Actor act; 3 zn W=  
public : gsn)Wv$h  
do_while_actor( const Actor & act) : act(act) {} N;+[`l  
v 36%Pj`  
template < typename Cond > @'=Uq  
picker < do_while < Cond, Actor >   > while_( const Cond & cd) const ; y1/o^d+@  
} ; EKp@9\XBC  
]@Sj`J[fd  
AdWq Q  
简单吧,注意到这个while_函数,它自动的生成了一个do_while对象。 Ldn8  
最后,是那个do_ 5K?}}Frrt`  
)7:J[0ZiQ  
kEd@oC  
class do_while_invoker h`MF#617  
  { l (3bW1{n  
public : 5 B=^v#m  
template < typename Actor > ti &J  
do_while_actor < Actor >   operator [](Actor act) const r4,VTy2Qe  
  { ^S6u<,  
  return do_while_actor < Actor > (act); 4BwQA #zE  
} t5lO'Ll*Q]  
} do_; WlYs~(= 9  
O3CFme  
好啦,现在明白do_[xxx].while_(xxx)是怎么工作的吧? d9n?v)<v  
同样的,我们还可以做if_, while_, for_, switch_等。 f}D1|\7  
最后来说说怎么处理break和continue 1$*%"5a  
显然break的语义超出了我们的能力范围,然而却是有一个东西很适合模拟其行为,那就是异常。 y?SyInt  
具体实现手法这里就不罗嗦了。
[ 此贴被ヾ1.嗰rёn在2006-06-11 23:23重新编辑 ]
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