一. 什么是Lambda l4'~}nn(Y
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 \9c$`nn
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, V*n==Nb5L
kka"C]!
pck >;V
-<f/\U
class filler }Ag|gF!_
{ ,krS-.
public : Iq'O
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} G"s0GpvQ
} ; % +Pl+`?E
Y)HbxFF`/
iSp
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: Rph%*~'
t\y-T$\\
V%
axeqs
\3Jq_9Xv
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 9w^zY;Y
W? ,$!]0
?T*";_o,B
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 lglYJ,
~uaP$*B[
0Oxz3r%}r
R9dP ,<2
二. 战前分析 q^Tis>*u6
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。 KsdG(.I+ek
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 =&U`9qN
UVX"fZ)
2"/yEg*=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); av' *u
/* --------------------------------------------- */ 3]}'TA`v
vector < int *> vp( 10 ); A3UQJ
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Aka^e\Y@6*
/* --------------------------------------------- */ !oMt_k X
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); P#tvm,
/* --------------------------------------------- */ jXIEp01
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); y4F^|kS) [
/* --------------------------------------------- */ Z;<ep@gy~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Eb@MfL
/* --------------------------------------------- */ ?SX_gYe9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1);
(K
#A
)SiY(8y
1D1b"o
:R+],m il
看了之后,我们可以思考一些问题: f=ib9WbR#
1._1, _2是什么? &BgU:R,
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。 4
X`^{~
2._1 = 1是在做什么? zqGYOm$r
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。
5-'vB
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 G[6=u|(M
JuJ5qIal
)BLmoJOf
三. 动工 eTZ`q_LfI1
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: wo(j}O-
^Kw(&v
%FS;>;i?
M[,^KJ!
template < typename T > iEhDaC[e(b
class assignment 2u&c
&G
{ )6G+ tU'
T value; E& ]_U$
public : n4*'B*
assignment( const T & v) : value(v) {} 8|<f8Z65!
template < typename T2 > Wf1-"Q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } w4}(Ab<Y
} ; b-b;7a\N
nO
[QcOf
X,53c$
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 j?J=w=.Nx
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment [NR1d-Wg
riEqW}{
/O"0L/hc^
H2]BMkum
class holder SD I,M
{ <w11nB)
public : .Bijc G
template < typename T > <^'{ G
assignment < T > operator = ( const T & t) const A?V<l<EAm
{ %>NRna
return assignment < T > (t); ZArf;&8
} /
GZV_H%v
} ; ]=pWZ~A
-CZ-l;5
7x:F!0:
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: gU*I;s>
"lb\c
static holder _1; ,dq`EsHg`M
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 "p2u+ 8?
,|>nF;.Y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); L/%xbm~
而不用手动写一个函数对象。 <m9JXO:5
l>33z_H^
oPE.gn_$
c'[( d5^|
四. 问题分析 -hm9sNox
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。 D`5:
JR-{
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。 LDSbd,GF
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 J]_)gb'1BR
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 QTJrJD
下面我们可以对这几个问题进行分析。 5"]aZMua
<`b|L9
五. 问题1:一致性 %0go%_
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?| fG^7@Jw:G
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 J\9jsx!WQ
~9]Vy
(L
struct holder H==X0
{ .jy)>"h0
// FxMMxY,*%
template < typename T > 1Z=;Uy\
T & operator ()( const T & r) const I%C]>ZZh
{ $4&8U ~Zs
return (T & )r; YlxUx
} an #jZ[
} ; "4k"U1
,(zcl$A[
这样的话assignment也必须相应改动: s"gKonwI2
k{!iDZr&f,
template < typename Left, typename Right > 3Bu D/bs
class assignment h:eN>yW
{ BNF++<s
Left l; B>c[Zg1
Right r; wK/}E h\^
public : K7YT0cG
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} })Ix.!p
template < typename T2 > t ;bZc s
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } U!3uaz'
} ; @*AYm-k
.oW~:mY
同时,holder的operator=也需要改动: ixoMccU0
>c~9wv
template < typename T > iGpK\oH
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const (Qw`%B
{ [0(
E>vm
return assignment < holder, T > ( * this , t); qhv4R| )
} CYY
X\^hA
|sDG>Zq?
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。 Phk`=:xh
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 @8}-0c
1`7]C+Pv
return l(rhs) = r; S.?\>iH[
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。 @p?b"?QaB
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Q7OnhGA
AOq9v~)z-
template < typename Tp > Hj-<{#,
class constant_t 3tx0y
{ `t/@ L:
const Tp t; w7.?zb !N
public : Gff[c%I
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} .T
N`p*
template < typename T > `i_L?C7
const Tp & operator ()( const T & r) const 5r2ctde)Y
{ 3 z{5c
return t; e{#a{`?Uez
} 6>P
} ; qJAv=D
W6!4Qyn
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 b*F :l#
下面就可以修改holder的operator=了 dcc%G7w
yScov)dp(
template < typename T > _g/TH-;^
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Ot8S'cB1,$
{ WP#_qqO
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); V+@%(x@D_
} u3v6$CD?
!xx>
lX5
同时也要修改assignment的operator() odn97,A
4q2=:"z4
template < typename T2 > y:|Xg0Kp
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } qyG636i
现在代码看起来就很一致了。 <PuB3PEvV
Y|qixpP
六. 问题2:链式操作 6XxG1]84
现在让我们来看看如何处理链式操作。 GJl@ag5h]!
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 PU/Br;2A
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 CFS3);'<|
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 |?t8M9[Z
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct r{N{!"G
ws=9u-
template < typename T > XCi]()TZ_
struct result_1 ?M{6U[?
{ [E
:`jY
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Pk?%PB?Z
} ; re 1k]
W$VCST
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: J7xT6Q=
CTrs\G
template < typename T > oJ;O>J@c
struct ref _*?"[TYfX
{ "6o}qeB l
typedef T & reference; Wj{Rp{}3
} ; 2;(iTPz +
template < typename T > E<G@LT
struct ref < T &> m+8b2H:V
{ )s7 Tv#[
typedef T & reference; X.4ZLwX=
} ; eYSGxcx
~m09yc d<
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: j6d"8oH
_
FC-*?
template < typename T > YU0HySP:
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Rc.<0#
{ a4qpnr]0
return l(t) = r(t); r-Xe<|w
} =O:ek#Bp
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。 ]\mb6Hc
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。
T]Td4T!
a.U:B
[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 h/bYtE
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: gsq[ 9
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 h
_7;UQH
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 .VEfd4+ni{
最后的布局是: <l
s/3!
Add l
)V43
/ \ IV#f}NrfD
Divide 5 -V_S4|>
/ \ 0BP~0z
_1 3 c1!/jTX$
似乎一切都解决了?不。 <mgTWv
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。 ; Kb[UZ1
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。 i-vJ&}}
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: mb`}sTU).
FT<*
template < typename Right > im[gbac
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const G6F['g);
Right & rt) const @O0vh$3t0
{ k*6eZ 7
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @z JZoJL]J
} r9'H7J
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 4xn^`xf9
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。 aNU%OeQA
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。 I[IQFka}
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。 +~.Jw#HqS
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。 &_9eg
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? R:m=HS_
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: Guc^gq}
?o'arxCxZn
template < class Action > x&b-Na