一. 什么是Lambda ax<0grK
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 01Aa.i^d(
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, s{/nO)
{^qc`oF
=[WccF
gUMUh]j
class filler _,}Ye,(^=
{ _i
8oWy1
public : \rJk[Kec
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ,]d}pJ}PX`
} ; s)V^_@Z9
q=bXHtU
Z(Vrmz2.
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: K( p1+GHC
"FU|I1Xz
r oKiSE`
y.nw6.`MR
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); V)]&UbEL|
*+IUGR
*M*k-Z':.*
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 v<)
}T5~r
)Q8Q#S
ei5 S <n
JG_7G=~
二. 战前分析 ()?)Ybqss
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。 pv T!6+
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 %%_90t
[bp"U*!9P
, QQ:o'I!
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *<hpq)
/* --------------------------------------------- */ 2Zm*f2$xM
vector < int *> vp( 10 ); JB-j@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); :$WRV-
/* --------------------------------------------- */ N_>s2
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); #0R;^#F/
/* --------------------------------------------- */ xv2;h4{<
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ReRRFkO"2
/* --------------------------------------------- */ ]X5*e'
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); +bSv-i -
/* --------------------------------------------- */ n33SWE(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 'G^=>=w|Nv
H)p{T@
\yxr@z1_b
lG{J
看了之后,我们可以思考一些问题: I;7{b\t
Q
1._1, _2是什么? UJZa1p@L
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。 {R#nGsrt;
2._1 = 1是在做什么? pM=vW{"I/
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。 2::T, Z
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。 f`c z@
gR6:J
LDNpEX~
三. 动工 J+TYm%A;-
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Qknd ^%
i et|\4A
aql*@8
)m
1a'JNe$
template < typename T > ;)kBJ @
class assignment 2P|-V} ;9
{ yG_#>3sD+%
T value; s:_5p`w>
public : jIl-}/2
assignment( const T & v) : value(v) {} x:2_FoQ
template < typename T2 > BgRiJFa.d[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Z+}SM]m
} ; +vuW9
lz( 9pz
wEp/bR1=
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 6Q`ce!~$
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment \-B>']:R4
|gaZq!l
zL|^5p`K
7#&sG
class holder 4qMHVPJv\
{ ge`J>2
public : 9\;EX
template < typename T > V *]!N
assignment < T > operator = ( const T & t) const #4Z$O(
{ Vlf@T
return assignment < T > (t); ] *Hz'
} 6nDx;x&Q
} ; pif8/e
VjnSi
LgaJp_d>9*
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Q-0[l/A}a
)dV.A IQ+
static holder _1; v6rw.
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <s:Xj
<@yyx7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); NUU}8a(K
而不用手动写一个函数对象。 9O)>>1}*S
@@$
_TaI
oM VJ+#[x
=FKB)#N
四. 问题分析 (u_sz
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。 )CB?gW
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。 u-W=~EO5#
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 $ D89|sy
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 HaSH0eTw
下面我们可以对这几个问题进行分析。 &>/nYvuq -
3S9~rLrn?
五. 问题1:一致性 8}0
D?
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?| "~
`-Jkm
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ^?A+`1-
-Av/L>TxlI
struct holder :Y'nye3:
{ =f["M=)ZJ
// ,t[D1KZt
template < typename T > ^"f
T & operator ()( const T & r) const f]lDJ?+
M
{ zPXd]jIwV
return (T & )r; :JS}(
} *vb)d0}P
} ; (UM+?]Qwy
#i,O
"`4
这样的话assignment也必须相应改动: Jq!($PdA
`Ctj]t
template < typename Left, typename Right > Y}6)jzBV
class assignment UvI!e4_
{ aZ^lI
6@+4
Left l; ^>"?!lv
Right r; aJF`rLm
public : |WX4L7yrhK
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} i!iODt3k
template < typename T2 > v!uLd.(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } BE2{qO{
} ; ,..b)H5n
[q@%)F
同时,holder的operator=也需要改动: 5YCbFk^
4EK[gM8
template < typename T > $X?V_K;9/
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const PTP2QAt
{ D%A-& =
return assignment < holder, T > ( * this , t); XVfQscZe
} Hke\W'&
7[)(;-
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。 ?/wloLS47
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Dmw,Bi*
f[RnL#*xJU
return l(rhs) = r; <ZiO[dEV
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。 7^L&YVW
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: S]N4o'K}q
"f3>20}
template < typename Tp > PEWzqZ|!;
class constant_t $Yka\tS'
{ ]'G7(Y\)f
const Tp t; d
!H)voX
public : }pA4#{)
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} twn@~$
template < typename T > tFwlx3
const Tp & operator ()( const T & r) const \
C^D2Z6
{ ka*UyW}
return t; GZ={G2@=I
} ".\(A f2
} ; #cs!`Ngb+
N_<n$3P\?f
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 >O _
下面就可以修改holder的operator=了 uv5@Alm
E;sltl
template < typename T > }FXRp=s
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 3XRG"
{ D6t]E)FH
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); U`Zn*O~/
} q~3&f
R<=t{vTJ5
同时也要修改assignment的operator() QZlUUj\
6D0,ME#
template < typename T2 > 4!jHZ<2Z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ($s{em4L
现在代码看起来就很一致了。 }dz(DPd
;W].j%]Le
六. 问题2:链式操作 k-U/x"Pl
现在让我们来看看如何处理链式操作。 =N
c`hP
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。 ;vitg"Zh>
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。 d1-p];&
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。 93\,m+-
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct >MT)=4
9q
g6V*wjC
template < typename T > AMdS+(J
struct result_1 hs4r5[
{ wOOPWwk
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; }#J}8.
} ; S\A[Z&k0
hd~rC*I
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: rx/6x(3
s<b7/;w'
template < typename T > 6,PLzZ5
struct ref 3[0:,^a
{ je-s%kNlJ
typedef T & reference; Q1Ao65
} ; l&B'.6XKs
template < typename T > .Dm{mV@*T
struct ref < T &> H~Cfni;
{ ^=G+]$ 8
typedef T & reference; 9x!y.gx
} ; %u}sVRJ
v knFtpx
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Vd4osBu{fY
;"Y6&YP<
template < typename T > #F@7>hd1
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const U:r2hqegd
{ 5MJ'/Fy(
return l(t) = r(t); _u$K Lqt/,
} ;>N ~,Q
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。 z3]U%y(,
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 639k&"V
Mk[`HEO
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 YqgW8EM
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: / 5Loj&!=
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 4&D="GA
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 @:B1
最后的布局是: >gJWp@6V
Add qgNK!(kWpr
/ \ 3;:V1_JA
Divide 5 ^q\zC%.
/ \ LS'=>s"
_1 3 s`RJl V
似乎一切都解决了?不。 '9@R=#nd
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。 "[yiNJ"kt
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。 vuBA&j0C
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: *\", qMp
8BDL{?Mu
template < typename Right > GwBQ
pNjy
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const |T *qAJ8c
Right & rt) const Phu|
hx<
{ n bk(FD6
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [[Z>(d$8
} `x)bw
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 |m- `,
we
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 1#"Q' ,7
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 4a!7|}W
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 U I C? S
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 ,~(}lvqVH
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? G`"Cqs<
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: <>_WdAOuD
)AXH^&
template < class Action > }3w b*,Sbz
class picker : public Action ~b0qrjF;O
{ WmUW
i{
public : A#&qoZ(C
picker( const Action & act) : Action(act) {} (p=GR#
// all the operator overloaded R"`{E,yj
} ; :'~ gLW>j
=fK'Ep[
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 om?CFl
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ~-wJ#E3g
X:&p9_O@
template < typename Right > lVtn$frp
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 7"p s#)O
{ ]xEE7H]\h
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); yuEOQ\!(u
} p]Zabky
shIi,!bZ
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > #%b()I_([
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。 F
t/
x5
s$x] fO
template < typename T > struct picker_maker )Cvzj<Q0
{ X@U1Ri
typedef picker < constant_t < T > > result; CL :M>(
} ; c0q)
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 4!vUksM
{ O7'3}P;
typedef picker < T > result; 2EwWV0BS
} ; k=2l9C3Z
Cf[F`pFM
下面总的结构就有了: Gj`Y2X2r
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 cE5Zxcn
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 ?^ezEpW
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 h./vTNMc
至此链式操作完美实现。 )=nPM`Jn.
E:=KH\2f
)+4}Ix/q
七. 问题3 E(kpK5h{
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 SoU'r]k1x
% 3-\3qx*
template < typename T1, typename T2 > IC.<)I
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const &iy(oM
{ I{e^,oc
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); vr;Br-8
} w })Pedg
fhIj+/{_O
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: }lUpC}aq_
c_$&Uii
template < typename T1, typename T2 > p[F=L P
struct result_2 ^.kAZSgO
{ }"B? 8T@_~
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; tW"ptU^9)
} ; 1idjX"'
'oZn<c`
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? kJi&9
这个差事就留给了holder自己。 tr9Y1vxo{
{-N90Oe
pkf OM"5'
template < int Order > 2vdQ&H4
class holder; *a,.E6C*
template <> ) v5n "W
class holder < 1 > 7h9[-d6
{ 4O_+4yS
public : [S&O-b8A
template < typename T > fw v
T2G4
struct result_1 <&s)k
{ +M
O5'z
typedef T & result; J*~2:{=%
} ; gq_7_Y/
template < typename T1, typename T2 > A='+tJa
struct result_2 Z F yX@#B9
{ *RbOQ86vP
typedef T1 & result; (&S[R{=^j
} ; x$?7)F&z
template < typename T > LF)a"Sh
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Y:!/4GF
{ ]VG84bFm
return (T & )r; ?~JxO/K
} pY!dG-;
template < typename T1, typename T2 > |8qK%n f}
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const N'
$DE
{ v7<S F
return (T1 & )r1; 5*wApu{2A
} h9BD
^j
} ; a;'E}b{`F
x #X#V\w=
template <> .1}rzh}8
class holder < 2 > ]AZ\5C-J
{ g[wP!y%V
public : *JY`.t
template < typename T > DPS1GO*
struct result_1 J={OOj
{ iPY vePQ
typedef T & result; <m/b]|
} ; _{*$>1q
template < typename T1, typename T2 > @6YBK+"
struct result_2 Pm#x?1rAj
{ ~r>EF!U`h
typedef T2 & result; ;;w6b:}-c
} ; #ON#4WD?
template < typename T > 3aE[F f[
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const }]g95xT
{ ]Z$TzT&@%
return (T & )r; ,hTwNVWI9
} '6.>Wdd
template < typename T1, typename T2 > VU`z|nBW@
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const mzV"G>,o
{ aEEz4,x_
return (T2 & )r2; uVq5fT`B
} k99gjL`
} ; b1+hr(kMRM
-_EY$?4
)`s;~_ZZ
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 >^H'ZYzw
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: Cwsoz
首先 assignment::operator(int, int)被调用: hVipr hC
=|gJb|?w
return l(i, j) = r(i, j); s
la*3~?*
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) ])QO%
jV4hxuc$
return ( int & )i; WpJD=C%
return ( int & )j; +Y5(hjE
最后执行i = j; R?bn,T>
可见,参数被正确的选择了。 ~X~xE]1o|U
iz9\D*or
}c35FM,
Z[})40[M
UVT>7
八. 中期总结 VA=#0w
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: A{4G@k+#d
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 S_|9j{w)
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 2;%#C!TG;
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor )RA\kZ "
jiwpDB&