一. 什么是Lambda > R=YF*t
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 {y'kwU
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, JK4 @
CR<l"~X
2dfA}i>k
GcuZPIN%D
class filler >nX'RE|F
{ .+yJ'*i$d
public : <FEO6YP
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 71_N9ub@z
} ; EX_&wep@1
RswR DLl
'mF}+v^
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: =#fqFL,
yrw!b\
#'qW?8d}
JFfx9%Fq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); lxZXz JkqZ
&3<]FK
&!ZpBR(
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 b11C3TyQT
v;SJgZK
8J} J;Ga
2 E^P=jU`
二. 战前分析 lgl/|
^ Uw
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 ;XT$rtuX
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 d9s"y?8
_
0-YsD
Y%3j>_\;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); D%zIm,bf
/* --------------------------------------------- */ *d(Dk*(
vector < int *> vp( 10 ); ScEM#9T |
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Z_%>yqDC
/* --------------------------------------------- */ Wxjpe4
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ]P.S5s'
/* --------------------------------------------- */ Ch3##-
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ;I>`!|mT
/* --------------------------------------------- */ +xMDm_TGLA
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); \ CYu;
/* --------------------------------------------- */ 4"{q|~&=:$
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); JmkJ^-A 6
D+OkD-8q
gIeo7>u
]l`DR4
=
看了之后,我们可以思考一些问题: 2bqwnRT}
1._1, _2是什么? ec|IT0;
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。 {PZe!EQ
2._1 = 1是在做什么? N}\i!YUD
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。 NJ.kT uk
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。 <T['J]k%
/9sUp}*
m35G;
三. 动工 ZP1EO Z
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: V%))%?3x_
@B+];lr/-
I8m(p+Z=
/Mv'fich(
template < typename T > D3eK!'qS
class assignment Js'|N%pi
{ ipsNiFv:
T value; so;aN'{6@
public : bz1\EkLL
assignment( const T & v) : value(v) {} }+z}vb
template < typename T2 > PqfH}d0l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } pcE.
} ; gbvBgOp
t^q/'9Ai&J
`| fF)kI
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。
FkH4|}1
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment =uHTpHR
7Ev~yY;N
M:ttzsd
Gb"PMai
class holder kY|<1Ht
{ {2!.3<#
public : Rcu/ @j{O
template < typename T > {|qz>
assignment < T > operator = ( const T & t) const N7|ctO
{ 6uD Nqq
return assignment < T > (t); s;>jy/o0 s
} kM.zX|_
} ; /Z^+K
{9(N?\S1`a
o^Ms(?K%t
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: E5B:79BGO
Q.x3_+CX
static holder _1; x,n;GR
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 .^/OL}/~<
ss*dM.b
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =T[kGg8`
而不用手动写一个函数对象。 &TKB8vx=#
{&xKSWNc
\2uQ"kJC
nfc&.(6x<
四. 问题分析 y8\44WKW
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。 5WEF^1
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。 OfPWqNpO
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 %N 2=: ;f
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ?]:3`;h3
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ^;L;/I[-
}_K7}] 1
五. 问题1:一致性 l/Sb JrM*
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?| Kpg]b"9.R
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 |@Bl?Bs+
'En 6h" {
struct holder t'^/}=c-
{ ]2?t$"G8
// Z O&5C6qa
template < typename T > NI3_wV
T & operator ()( const T & r) const `U)~fu/\2M
{ lV3\5AEW
return (T & )r; pbJs3uIR
} z`lDD
} ; <~'\~Z d+
[8<)^k
这样的话assignment也必须相应改动: W@#Y/L:${
NT:p6(s^
template < typename Left, typename Right > /aP`|&G,)
class assignment geua8;
{ ^MuO;<<,.
Left l; :hZYh.y\l
Right r; op;OPf,
public : "Q^Ck7
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} '(;`t1V8k
template < typename T2 > rlgp1>89
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } S_WYU&8
} ; Mc9% s$MT
U5odSR$
同时,holder的operator=也需要改动: PC/Oo~Gx
woQYP,
template < typename T > P/4]x@{ih
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const [*@"[u
{ OT+LQ TE
return assignment < holder, T > ( * this , t); @jX[Ho0W'
} .#@*)1A#t
S-GcH
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。 &;|/I`+
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 LJ9^:U
XB
zcbS+
return l(rhs) = r; (z#qkKL{^
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。 y^?7de}
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ,@Xl?
p1q"[)WVn^
template < typename Tp > nKT\ /}d
class constant_t l@%MS\{
{ Ap=LlZ
const Tp t; |X0h-kX4
public : UO>ADRs}
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} m!V ?xGKJ
template < typename T > `$7.(.#s
const Tp & operator ()( const T & r) const uPhFBD7
{ pri=;I(2A
return t; -r7*C:E
} /{6PwlP5
} ; P-.>vi^+
u?i_N0H
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 8i;EpAwB
下面就可以修改holder的operator=了 h${+{1](6
7E6gXf.
template < typename T > x=(Q$Hl5
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const /^SIJS@^`>
{ To.CY^M
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); CNwIM6t
} |wZcVct~
Kf/1;:^
同时也要修改assignment的operator() FWNWOU
07`hQn)Gc
template < typename T2 > 8>%:MS"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } $hXhq*5|c
现在代码看起来就很一致了。 PRg^E4
@@M
2s(
六. 问题2:链式操作 rOHU)2
现在让我们来看看如何处理链式操作。 7.`Fe g.
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 kr[p4X4
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 .5Sw
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 tNj-~r
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct yY+)IU.
`83s97Sa
template < typename T > xM"k qRZ
struct result_1 pUi|&F K">
{ m^I+>Bp/:
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; F%M4i`Vh
} ; )RG@D\t ,
%5Q5xw]w3
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: p=sLKnLmZ
GgwO>[T
template < typename T > Sc#B-4m
struct ref =:Ahg
9
{ OeLM*Zi
typedef T & reference; d^p af
} ; o."k7fLB
template < typename T > 84 5a%A$
struct ref < T &> kV9S+ME
{ /P { Zo
typedef T & reference; 2O;Lw@W
} ; Xfo3fW)s
uyZ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: mCah{~
O|wu;1pQ
template < typename T > )IQ5Qu
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const q% *-4GP
{ >ka*-8?
return l(t) = r(t); b|jdYJbol&
} qRi;[`
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。 J8IdQ:4^l
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 P5-1z&9O
=A[:]),v
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 ts|dk%
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: A8tzIh8
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 YD>5zV%!D
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 3h N?l
:/b
最后的布局是: b/;!yOF
Add :buH\LB*P
/ \ uzG{jc^
Divide 5 NEp
)V'
/ \ gJ;jh7e@
_1 3 d+DdDr
似乎一切都解决了?不。 CWKN0HB
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。 ^K[WFi N}
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。 k+qxx5{
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: v_=xN^R
}#'I,?_k
template < typename Right > f0"N
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const LelCjC{`1
Right & rt) const ;6+e !h'1
{ =T7lv%u
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Qg9*mlm`
} 5@ c/,6l
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 (h&XtFul}
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。 #WE"nh9f|z
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。 < 7
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。 ct o+W}k
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。 d}B_ wz'
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? B"; >zF
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: '?$N.lj$d
/w[B,_ZKTk
template < class Action > o}^/Km+t
class picker : public Action @bfW-\ I
{ Jr2x`^aNO
public : Ei$?]~
&
picker( const Action & act) : Action(act) {} $4YyZ!_.@
// all the operator overloaded _T\/kJ)Q\
} ; ^v2-"mX<
/xS4>@hn
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 MZPXI{G
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ?so=k&I-M
l rRRRR
template < typename Right > g<b(q|
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const [- Xz:
{ Uw`YlUT\
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); J)kH$!csi
} yLFZo"r
$RASpM
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > $nf5bo/;
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。 {:@MBA34
gC/~@Z8W]
template < typename T > struct picker_maker l( Y
U9dp
{ [nYm-\M
typedef picker < constant_t < T > > result; 2D'b7zPJ3
} ; C4,;l^?=%
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 44r@8HO1
{ JyiP3whW
typedef picker < T > result; `qXCY^BH2
} ; 8?yRa{'"
WSi`KNX
下面总的结构就有了: B me_#
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。 ?v5OUmFM
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。 OCX>LK!K
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 YZ0y_it)
至此链式操作完美实现。 \Ei(HmEU
$4Vp l
[<0\v<{`L
七. 问题3 \N|ma P
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。 #.j[iN
:+
'!V5 #J
template < typename T1, typename T2 > (7zdbJX
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 'gD,HX
{ 1J{1>r
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); $T#yxx
} @3aI7U/I
NP+*L|-;
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: <i1.W!%
<