一. 什么是Lambda N:y3tpG
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 wM;9plYlw0
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, 3PEv.hGx
poqx
O
Jz!8Xg%a
9W{=6D86e
class filler T{iv4`'
{ EEaf/D/ jt
public : 2B#
]z
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ,4-) e
} ; C#<:x!
XZv(B^
~7W?W<
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: IQS:tL/
N%A[}Y0;MW
\V|\u= @H
_d'x6$Jg
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); .]qj];m
$f-f0t'
B?nQUIb:
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 L>Y>b4oy3
O/9 dPod
t&SC>8M<
4*4s{twG
二. 战前分析 ;R E|9GR
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 0@yHT-Dy
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 DAG2pc8zA
?=B$-)/
C|"h]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); gp:,DC?(
/* --------------------------------------------- */ 4eym$UWw
vector < int *> vp( 10 ); ;[]{O5TB
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); :!M/9D*}0
/* --------------------------------------------- */ t%e}'?#^
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 2<Tbd"x?
/* --------------------------------------------- */ coHzbD~#H
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); )v-sde\
/* --------------------------------------------- */ +-=w`
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); I_('Mr)
/* --------------------------------------------- */ 1 f ]04TI
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); x1\,WOrmK
Fg)Iw<7_2
M1^?_;B
92F(Sl
看了之后,我们可以思考一些问题: OAMsqeWYA
1._1, _2是什么? ,~-"EQT
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 8F(lW)A n
2._1 = 1是在做什么? ,BCtNt(
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 /R&!92I0*
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。
y#5xS
#Mt'y8|}$
ugEh}3
三. 动工 bwG2=
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ^[noGjy
84UH&
b'n
\`\& G-\
+_tK \MN
template < typename T > $R3]y9`?
class assignment |1zoT|}q
{ `Ym7XF&
T value; epsh&)5a*
public : Q#
w`ZQX3
assignment( const T & v) : value(v) {} _-$"F>
template < typename T2 > |*5K fxq
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ?(el6 J}
} ; %|$h<~
B]dvX
tCAh?nR
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 6eqxwj{S[
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment f"zXiUV
&v7$*n27
cXiNO
ke&
:?%$={m
class holder Hn5:*;N
{ ]a)o@FI
public : +jePp_3$O
template < typename T > v1Tla]d
assignment < T > operator = ( const T & t) const >4>!zZ
{ ld8 E!t[
return assignment < T > (t); S>isWte
} !63p?Q=
} ; 7U>Xi'?
tLXwszR0r
;uj&j1
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: QFMR~6 ?
F!*u}8/_!
static holder _1; >58N P1[k
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 j+He8w-4
<rZ(B>$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); K' xN>qc
而不用手动写一个函数对象。 9P;}P!W
S)T]>Ash
{ O+d7,C
#nV F.
四. 问题分析 u`I&&
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。 ;i*<HNQ
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。 |
+osEHC
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 "]\sw"zO?
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 U5N/'p%)<
下面我们可以对这几个问题进行分析。 e&WlJ
]v&)mK]n=o
五. 问题1:一致性 \ vj<9ke&
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?| #zflU99d
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 F!DDlYUz.
]hNio6CVm
struct holder (}ObX!,
{ Y5nj _xQJL
// Y 3W_Z
template < typename T > &)[?D<
T & operator ()( const T & r) const N>kY$ *
{ 1h uU7xuf
return (T & )r; THC7e>P4
} G`H4#@]
} ; ]
TY$
{j$ :9 H
这样的话assignment也必须相应改动: 0LEJnl
72uARF
template < typename Left, typename Right > iI T7pq1
class assignment RCM;k;@8V
{ 1vKAJ<4W
Left l; FXMrD,qVg
Right r; Qh*"B
public : ZfM DyS$.
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} MIa#\tJj
template < typename T2 > {k
BHZ$/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } j#:IG/)GL
} ; 7A6Qrfw
(QS4<J"
同时,holder的operator=也需要改动: AA=zDB<N
wq K:=
template < typename T > L=g(w$H
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const W:5uoO]=<
{ HRQ3v`P.
return assignment < holder, T > ( * this , t); G8bc\]
} {}gx;v)
'W'['TV
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。 9)P-<
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 :wWPEhK
u={A4A#
return l(rhs) = r; \!`k:lusa
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。 @8\7H'K"\
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: MZJ@qIg[Y
v_U+wga
template < typename Tp > i2bkgyzB.
class constant_t 'uy\vR&Pz
{ ?2d! ^!9
const Tp t; Z`jc*jgy
public : :Vdo.uUa
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} % YgGw:wZ
template < typename T > :pz`bFJk
const Tp & operator ()( const T & r) const N{b;kiZq
{ |q+3X)Y
return t; hIBW$
} 8d|/^U.w~V
} ; wE*o1.
9NXL8QmC8
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 2TQyQ%
下面就可以修改holder的operator=了 :8(
"n1^
`^d [$IbDW
template < typename T > hCpX#rg?
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const nDG41)|
{ W20qn>{z
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Qqm$Jl!
} 9:\#GOg
@wVq%GG}
同时也要修改assignment的operator() P5?M"j0/^
B}?$kp
template < typename T2 > 0NB5YQ8_]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 5vP=Wf cW
现在代码看起来就很一致了。 d ,"L8
G~.bi<(v
六. 问题2:链式操作 fx74h{3u
现在让我们来看看如何处理链式操作。 c]Z@L~WW
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 4Su|aWL-
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 KU;d[Z@g
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 V1l9T_;f
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct K>a@AXC
bM@8[&ta
template < typename T > xZ\`f-zL
struct result_1 w?JRY
{ \I-bZ|^
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; n0
q$/Y.
} ; Jxo#sV-
zWA~0l.2
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: l|jb}9(J
i3dV2^O
template < typename T > v)c[-:"z
struct ref ]ykMh
{ =w,cdU*
typedef T & reference; ^X\{MW'>4
} ; 1b``y
template < typename T > d,V] j-
struct ref < T &> W{!Slf
{ gH
u!~l
typedef T & reference; Au"7w=G`f
} ; k $d+w][
(@(rz/H
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: LX%UkfA9
^630%YO
template < typename T > (?ofL|Cg(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const e$Npo<u
{ vyhxS .[9
return l(t) = r(t); 9{-
Sa
} 8GKqPS+
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。 o0B3G
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。
[j;#w,Wb
7dh--.i
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 }"\jB
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: &Jf67\N
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 \L5h&