一. 什么是Lambda J|VDZ# c7
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 >~tx8aI{
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, r,Msg&rT
[Mj5o<k;I
F)@zo/u5L
*e:2iM)8~
class filler VKg9^%#b`[
{ kYR^
public : *^CN2tm
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} pimI)1 !$'
} ; MPF({Pnx7
x6^FpNgQ
9#kk5 )J
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: O'QnfpQ*9
12: Q`
XEN-V-Z%*
y.(m#&T
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); *:`fgaIDa
Nnoj6+b
-OnKvpeI
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 wNUcL*n
d@zxgn7o
Yu9VtC1
qOa*JA`
二. 战前分析 a>+m_]*JZ
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。 'pF$6n;
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 S"`{ JCW$
jc@=
b:r=
k L4 #
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); fJe5
i6`(
/* --------------------------------------------- */ WcpH="vm
vector < int *> vp( 10 ); C'jCIL
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); CIRMAX
/* --------------------------------------------- */ f 0~Z@\
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 7e D`
is
/* --------------------------------------------- */ n8D'fvY
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); a.ijc>K
/* --------------------------------------------- */ ;";>7k/}
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); j)Z0K$z=
/* --------------------------------------------- */ \g v-2.,
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); )Lk2tvr
k?/! `
RN;#H_
q
z80*Ylx
看了之后,我们可以思考一些问题: /q/^B>]
1._1, _2是什么? Kek%io
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 tCGA3t
2._1 = 1是在做什么? ?9?o8!
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ;Rm';IW$
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。 v
"[<pFj^
aJc>"#+
o
:_+U[k(#
三. 动工 K9K.mGYc
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: m |.0$+=
ISTAJ8"
D
u;b 6uE
$}EARW9
template < typename T > n"Jj'8k
class assignment hqwsgJ
{ ~4c,'k@
T value; YfNN&G4_
public : Iv{iJoe;UH
assignment( const T & v) : value(v) {} QD1&"T<.d.
template < typename T2 > IWwOP{ <ZQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } t{B6W)q
} ; {7v|\6@e3
zB\ 8<97C
W>'gG}.
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 }"q#"s
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment QX_![|=
6.a>7-K}%
^{NN-
0XE(v c!
class holder /Wdrpv-%,1
{ ,eL&Ner
public : PAVlZ}kj
template < typename T > 8-smL^~%#
assignment < T > operator = ( const T & t) const ")NQwT}
{ KCqz]
return assignment < T > (t); 'uwq^b_
} Oe^9pH,1t
} ; -vt6n1A&b
'|M} 3sL
:73T9/
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: R80|q#h,]
QqXaXx;
static holder _1; xx?0Ftuq
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <YWu/\{KT
ol_&epG;ST
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 3;!a'[W&p
而不用手动写一个函数对象。 /N@NT/.M<
mmMiA@0
=sS=
MJKPpQ(,
四. 问题分析 .&K?@T4l
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。 XD[9wd5w8
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。 lHu/pSu@k
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 9(bbV5}
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 $A(3-n5=
下面我们可以对这几个问题进行分析。 &((04<@e
+^$;oG
五. 问题1:一致性 HS1{4/
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?| kC'm |Y@T
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 %,d+jBM
j\.e6&5%SS
struct holder ^Je*k)COn
{ D9n+eZ
// -{yG+1
template < typename T > T{BGg
T & operator ()( const T & r) const 0+A#k7c6p
{ ZV07;`I
return (T & )r; za8+=?
} S:c
lyx
} ; q z!^<
M
lDs C>L-F
这样的话assignment也必须相应改动: qtP*O#1q
uYd_5
nw
template < typename Left, typename Right > !Z; Nv
class assignment x+1-^XvK
{ LC0-O1
Left l; yT(86#st
Right r; hiWs:Yq
public : ZjnWbnW
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Z,F1n/7
template < typename T2 > r&XxF>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } zaE!=-U
} ; *mN8Qd
;47 =x1ji
同时,holder的operator=也需要改动: " &mwrjn"T
5%DHF-W)
template < typename T > 8JO(P0aT
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const n|PW^kOE/
{ 9|9/8a6A
return assignment < holder, T > ( * this , t); >DW%i\k1V~
} li~=85 J
[,|4%Y
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。 <-Ax)zE
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ?Y9VviC
B^x}=Z4
return l(rhs) = r; Fk?KR
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。 HA0yX?f]
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: h:vI:V[/X
y!\q', F
template < typename Tp > zG&yu0;D6
class constant_t u 0 K1n_
{ QW%xwV?8
const Tp t; QX9['B<
public : 6%T_;"hb
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} -"xC\R
template < typename T > k:1|Z+CJ
const Tp & operator ()( const T & r) const _%aT3C}k
{ H]Gj$P=k
return t; hud'@O"R+
} ,9.NMFn
} ; SN#N$] y5s
G<t_=j/r
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 z'EphL7r
下面就可以修改holder的operator=了 V> Nw2u!!
1sfs!b&E
template < typename T > ~hU^5R-%
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const '_xa>T}
{ }i\_`~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 4Y@q.QP
} r / L
l{_1`rC'
同时也要修改assignment的operator() Zb~G&.
2g
kgRgHkAH~
template < typename T2 > B 5va4@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } cLMFC1=b
现在代码看起来就很一致了。 t%Y}JKLR
.~4DlT
六. 问题2:链式操作 QST-!`]v
现在让我们来看看如何处理链式操作。 SwhArvS
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。 e\]CZ5hs3
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。 1ka58_^
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。 $H7T|`WI.,
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct a3BlydSlf
SvD:UG
template < typename T > )"^ )Nk
struct result_1 Y-*]6:{E
{ ;3sJ7%`v
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; x]:B3_qR
} ; B{Lcx ~
|JCn=v@
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: P/dT;YhL
"J3n_3+
template < typename T > "ODs.m oq
struct ref &4Y@-;REt
{ [b@9V_
typedef T & reference; F#7A6|
} ; w;T?m,"
template < typename T > *lp{,
struct ref < T &> Uj~
:|?Wz
{ qg8T}y>
typedef T & reference; {+|Em (M
} ; `~ R%}ID
j}$Q`7-wB1
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: &0euNHH;sL
i>@"&
template < typename T > @!Q\|
<
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const
ZN(@M@}
{ I~7eu&QZ
return l(t) = r(t); &?yVLft
} irzWk3@:
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。 o!|TCwt
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ,"4
QgW4jIbx
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 iYzm<3n?
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ^2!l/(?
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 l":Z. J
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 \-)augq([
最后的布局是: [+4--#&{
Add &V7{J9
/ \ / 9soUt
Divide 5 _cXLQ)-
/ \ w]VdIS
_1 3 <*74t%AJ%
似乎一切都解决了?不。 8w4cqr4m
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。 ,W~a%8*
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。 ADN
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: m=%WA5c?
Ptv=Bwg
template < typename Right > 28PT19&
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const t0gLz
J
Right & rt) const 5oE!^bF?
{ POc-`]6<F
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Q:!.YSB
} M}tr*L
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 CZ_ (IT7
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。 O[#pB.
4
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。 MzO4Yv"A
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。 Ue)8g#
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。 Z3
$3zyi
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? &5F@u
IA
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: 7\1bq&a<
R} aHo0r
template < class Action > <