一. 什么是Lambda :]EAlaB4Q
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 VO_! +
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, uFseO9F.2
\)\uAI-
e):jQite
m `"^d #
class filler ZLsfF
=/G
{ %2 A-u
public : M2K{{pGJ[&
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} E5a1
7ra
} ; `6`p ~
i/ED_<_Vg
0GUm~zi1
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: s@USJ4#
l)V!0eW
?LJDBN
gb b2!q6p
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); %+\ PN
==zt)s.G(+
j]-0m4QF
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 3j'A.S
,EkzBVgo
_a;E>
S6k
R o^2
二. 战前分析 G,tJ\xMw8
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。 N_dHPa
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 uvNLm]*
r57&F`{
1&zvf4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); cT2&nZ
/* --------------------------------------------- */ )gOVnA/M
vector < int *> vp( 10 ); ;[-OMGr]#
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); <evvNSE
/* --------------------------------------------- */ {WBe(dc_%
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); +iS'$2)@
/* --------------------------------------------- */
;E Z5/"T
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 9YpgzCx
Z
/* --------------------------------------------- */ bW"bkA80
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Wo&WO
e
/* --------------------------------------------- */ 2nNBX2o&_
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 8*nv+
w_c)iJ
y^PQgzm]
,g69 ?w
看了之后,我们可以思考一些问题: r[doN{%
1._1, _2是什么? t=,ZR}M1`
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 b3/@$x<
2._1 = 1是在做什么? #@ClhpLD
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。 ]><K8N3Z
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。 oRf.34
F52%og~N
zD#$]?@ b
三. 动工 `SFA`B)[5@
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: AcZ{B<
}BF!!*
dTV4 Q`Z
F$L2bgQR?'
template < typename T > 1NHiW
v
class assignment &zuPt5G|
{
j,DF' h
T value; jL9g.q4^
public : <WXGDCj
assignment( const T & v) : value(v) {} NCW<~
template < typename T2 > q=I8W}Zi
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } l#%qF Db
} ; #'DrgZ)W
a0wSXd
(p19"p
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ;(&$Iw9X
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment X8}m
%
WqX$;'}h
*~h@K Qm7
{gL8s
class holder 7aF'E1e'3
{ U yb -feG
public : ,/fB~On-
template < typename T > QN4{xf:}S
assignment < T > operator = ( const T & t) const BlLK6"gJT
{ .uh>S!X, ]
return assignment < T > (t); ]%%I=r
} CP]nk0
} ; 7 XNZEi9o
7
KuUV!\h`
~FP4JM,y6
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: Kw%to9eh)
u%t/W0xi
static holder _1; .O yzM
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 c-GS:'J{
ABx< Ep6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); lfJvN
而不用手动写一个函数对象。 c
-sc*.&
>PYLk{q
1bz%O2U-(
qjBF]3%t%
四. 问题分析 Wg!<V6}
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。 c-`'`L^J
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。 ?[Sac]h
ys
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 0~a9gBG
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 1Yk!R9.
下面我们可以对这几个问题进行分析。 {6I)6}w!k
B*OEG*t
五. 问题1:一致性 >='y+68
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?| 0?$jC-@k:
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 [Qw BSq8)
gLDO|ADni
struct holder ^P!(*k#T
{ JT,[;
// +#RgHo?f
template < typename T > }'KHF0
T & operator ()( const T & r) const `i `F$ ;
{ qWdob>u
return (T & )r; We`6# \Z X
} B>;`$-
} ; nk*T
x
kEYkd@{
这样的话assignment也必须相应改动: n8+_Uww
tLE7s_^
template < typename Left, typename Right > JBI> D1`"
class assignment eqY8;/
{ 0Yk$f1g
Left l; yC:C
Right r; ^KF%Z2:$
public : @e#{Sm
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} tqFE>ojlI
template < typename T2 > r}\m%(i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } >2s31
{
} ; ]as+gZ8
4=nh'
U38
同时,holder的operator=也需要改动: >ufL RGL>
Q{o ]^tN
template < typename T > Z[G[.\0
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const =h>jo&=Wad
{ |e_'%d&
return assignment < holder, T > ( * this , t); 7~qyz]KkE
} Yq-Vwh/
{9XN\v=$"*
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 :^En\YcU
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 X()yhe_
4T>d%Tt+)
return l(rhs) = r; [BTOs4f
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 "Ng%"Nz
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: oFi_
op
D~zk2
template < typename Tp > X|'[\v2ld
class constant_t iu iVr$E
{ .[:y`PCF
const Tp t; 5v[2R.eT-
public : nIqNhJ+
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ts/Ha*h
template < typename T > 6hO]eS
const Tp & operator ()( const T & r) const S}3?
{ c6Z"6-}$
return t; s$Vz1B
} ZA7b;{o [
} ; >sGiDK @
"rnVPHnQR
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 W|L#Q/
RX
下面就可以修改holder的operator=了 !!<H*9]+W;
,UNnz&H+f
template < typename T > !y&<IT(\4
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ++!'6!l
{ 0i>>CvAl}
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); V4ybrUWK
} or`D-x)+@
LlcH#L$
同时也要修改assignment的operator() $ vBFs]h
C/!7E:
template < typename T2 > 'j\~> a3\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } bo-lT-I
现在代码看起来就很一致了。 ]64pb;w"$D
=eQ'^3a
六. 问题2:链式操作 ROJ=ZYof
现在让我们来看看如何处理链式操作。 cKB1o0JsYJ
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。 ckkm}|&m
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。 WCP2x.gb5
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。 HP,{/ $i:
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 4C }#lW9
zwJ\F '
template < typename T > /[I#3|
struct result_1 }2''}-Nc
{ 0V+v)\4FE
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; !8*7 {7
} ; r-AD*h@QZ
y[';@t7CC
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: .|i/
a%J
e3k58
template < typename T > r8Z.}<j
struct ref UmL Boy&*
{ EvptGM
typedef T & reference; :j`4nXm
} ; X`A+/{ H
template < typename T > 7;a
struct ref < T &> Ae*
6&R4
{ {Fvl7Sh
typedef T & reference; !l$k6,WJi
} ; <C_FRpR<f
q4SEvP}fLx
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: v$Xoxp
p^s:s-"f\
template < typename T > ZKJhmk
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const l\37/Z
{ MxqIB(5k
return l(t) = r(t); #s{EIj~YR_
} n^Q-K}!T/
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 >J_(~{-sNG
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 1cS*T>`
S])*LUi
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 t{e}3}LEd
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ujr"_ofI
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 0py29>"t
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ))6YOc
最后的布局是: ?>NX}~2cf
Add N_E)f
/ \ T%yGSk
Divide 5 <=!FB8 .
/ \ "%w E>E
_1 3 U^kk0OT^
似乎一切都解决了?不。 w&*oWI$i
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。 eMtQa;Lc9o
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=m%>zjN
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: i)(-Ad_
47)\\n_\z
template < typename Right > +o]J0Gu
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const (gUVZeVFP
Right & rt) const _QneaPm%
{ Yv3P]6c.
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); !$p E=~1C
} %zN~%mJG
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 A]MX^eY
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 M4e8PRlI
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 ,4r 4 <
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 0*]ZC'pm
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 G_#MXFWt
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? L-Mf{z
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: ri49r*_1
6('CB|ga
template < class Action > T2 TWb
class picker : public Action *9US>m Vy
{ |=[._VH1
public : @xr}(.
picker( const Action & act) : Action(act) {} 5Vr#>W
// all the operator overloaded =3=8oF x8
} ; C_&ZQlgQ
tlgg~MViS
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ^*F'[!. p
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: zqLOwzMlLx
{[bB$~7Eu
template < typename Right > U.1&'U*
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const %>1C($^
{ 4JL]?75
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @v/
8}n
} |$[.X3i
e\}'i-
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 8peK[sz
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。 9O\yIL
/d>Jkv
template < typename T > struct picker_maker *JO%.QNg
{ '`&b1Rc
typedef picker < constant_t < T > > result; G@U}4'V9
} ; 91UC>]}H
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > $\L=RU!c}
{ j07b!j:"\}
typedef picker < T > result; } a!HbH
} ; ->W rBO
L$?YbQo7
下面总的结构就有了: A~;+P
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。 S~B{G T\M
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。 Zbf~E {
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ,Y@4d79
至此链式操作完美实现。 /5~j"|
U'
G1:"Gxja
K<v:RbU|[1
七. 问题3 T+>W(w
i
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。 @Py?.H
juMHc$d17
template < typename T1, typename T2 > cRSgP{hy
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const %F(lq*8X
{ <FwAV=}6p
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 4+Y9":<
} SKo*8r
5s<.qDc
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: ue -a/a
G*g*+D[HM
template < typename T1, typename T2 > WyUa3$[gO
struct result_2 &