一. 什么是Lambda y?|JBf
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 *d,u)l :S
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, XOM@Pi#z
/}]Irj4m
Y^? J3[@
}tIIA"dZ
class filler tXocGM{6C
{ GUe&WW:Sqk
public : .&53WL[D|
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ^[d|^fRH Q
} ; e/?>6'6 5
YdI|xu>0A^
xl(];&A3
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: GlDl0P,*r
vM}oxhQ$n
C#5z!z/:%
C?Sy90f
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ]<0|"NL
t._W643~
<tEN1i
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 &oWdBna"_
&&}'
ACg5"
)ow|n^D($M
二. 战前分析 T/%s7!E
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。 \h%/Cp+p
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 x)hp3&L
C^po*(W6
:VPZGzK4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); <B;l).[6
/* --------------------------------------------- */ r )cGee
vector < int *> vp( 10 ); e1dT~l
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 5o~;0K]
/* --------------------------------------------- */ Ksq{=q-T
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); dpO ZqhRs.
/* --------------------------------------------- */ io]e]m%
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); -vXX u;frt
/* --------------------------------------------- */ F3\' WQh
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' );
Tsez&R$k
/* --------------------------------------------- */ *8zn\No<,
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 7W[}7Y
oEE*H2l\
!\a'GO[
9HlRf6S
看了之后,我们可以思考一些问题: F*F
U[ 5
1._1, _2是什么? /5@V $c8
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 :QnN7&j|(w
2._1 = 1是在做什么? ?~e 8:/@
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 _|x b)_
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 9=D\xBd|w
pJ6Z/3]
a;Q6S
三. 动工
-<gGNj.x-
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: |0?h6
Y~T;{&wi
K .cMuh
slV+2b
template < typename T > n"dC]&G'
class assignment 5FJ<y"<6
{ ZZf-c5 g
T value; :7t~p&J
public : ?|8H|LBIr
assignment( const T & v) : value(v) {} M`$s
dZ"
template < typename T2 > }fW@8ji\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } P1b5=/}:V
} ; vMsb@@O\ \
\gRX:i#n
(
w(GJ/g
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 O|J`M2r
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 1!"0fZh9U
#Al.Itj
he0KzwBF
+B$o8V
class holder CPVR
{ 48CLnyYiF
public : H/>86GG
template < typename T > ;E/:_DWPD
assignment < T > operator = ( const T & t) const k=j--`$8k
{ <@9p|[!
return assignment < T > (t); =PiDZS^"
} HTK79
+
} ; TY[1jW~{r
Gxu&o%x[
dUOvv/,FZT
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: kAbRXID
[Y_6PR
static holder _1; A.<HOx
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 4oT1<n`r+
PW"G]G,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); xQX,1NbH5
而不用手动写一个函数对象。 jk2h"):B>
L+7j4:$B8
l@Vl^f~ P
woJO0hHR
四. 问题分析 =e/{fUg8f
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。 'f9fw^
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。 5n,?>>p$
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 E.]sX_X?
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 7pDov@K<{
下面我们可以对这几个问题进行分析。 h
V@C|*A
<JE-#i
五. 问题1:一致性 TIbqUR
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?| jW5n^Y)
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 "$KU+?
8;YeEW5
struct holder )&}\2NK6L
{ {yQeLION
// %"~\Pu*>
template < typename T > N!>Gg|@~
T & operator ()( const T & r) const F23/|q{{
{ ooY2"\o
return (T & )r; Tx%6whd/'
} &K5wCNX1
} ; i.Iiwe0G
R{.5Z/Vp6E
这样的话assignment也必须相应改动: Fx2z lM&
>VnkgY
template < typename Left, typename Right > "h'0&ZP~_
class assignment $F-qqkR$
{ _IJPZ'Hr
Left l; Q6Z%T.1
Right r; w4U]lg<}E
public : 7Wb:^.d
g
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ,Ju f
template < typename T2 > qepsR/0M
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } l$D]*_ jc,
} ; EotZ$O=
(#FWA<o
同时,holder的operator=也需要改动: n.]K"$230
2'_xg~
template < typename T > }:C4T*|
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ri&B%AAc
{ 2bBTd@m4
return assignment < holder, T > ( * this , t); L@Fw;G|%'
} WmTSxneo
X96>N{C*>
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ~TCz1UWV
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 U2z1HIs
!0:uM)_k
return l(rhs) = r; tL(B gku9
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 U.<';fKnT
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: !_rAAY
[=079UN-X
template < typename Tp > a9PSg/p
class constant_t _hyboQi
{ 4jefU}e9#
const Tp t; Reca5r1O
public : +h^>?U,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} |
Zx
template < typename T > X=)Ue
const Tp & operator ()( const T & r) const "M5P-l$p}
{ MkZm
=Sf
return t; w!o[pvyR$
} ;rWgt!l
} ; A\Rkt;:
CrC1&F\dq
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 'F3Xb
下面就可以修改holder的operator=了 {aP5Mem
DK 4 8
template < typename T > l<qK'
P4
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ~F?s\kp6
{ K.c6n,'
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 8<ZxE(v
} =!m5'$Uz>
I*_@WoI*
同时也要修改assignment的operator()
%[0V>
H%NIdgo}
template < typename T2 > =jIB5".
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } T X.YTU
现在代码看起来就很一致了。 _cdrz)T
n[ip'*2L
六. 问题2:链式操作 V8ka*VJ(B
现在让我们来看看如何处理链式操作。 'EoJo9p6}
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 :4s{?IY)l
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 :GXiA
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 ?.E6Ube
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ^6s<
)8vz4e Y
template < typename T > @Z> {/
struct result_1 VqqI%[!Aw
{ (@*[^@ipV
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; B}_*0D
} ; 0A\OZ^P8
xayo{l=uGv
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: cjfYE]
TUoEk
template < typename T > 1o\P7PLe
struct ref asqbLtQ
{ _4F(WC co
typedef T & reference; wYy=Tl-N
} ; c?B@XIl
template < typename T > ;Ak<O[
struct ref < T &> S~L$sqt
{ rC.z772y%
typedef T & reference; zu}oeAQc$
} ; _<pSCR0
`s93P^%
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ]V*s-och'
:U_k*9z}=
template < typename T > !_CBf#0
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 3Ob"R%Yo
{ vI3L <[W
return l(t) = r(t); i"mN0%
} i[1K~yXq:
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。 QcJ?1GwA"
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 =.`(KXT
.lnyn|MVb
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 S]&f+g}&w
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: sy`@q<h(
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 $sK8l=#
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 4ti\;55{W
最后的布局是: X!Ag7^E
Add P{j2'gg3
/ \ g&eIfm
Divide 5 i]&C=X
/ \ !J`>;&
_1 3 &nkYJi(!
似乎一切都解决了?不。 Hhx"47:
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 tY~gn|M
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 .vsrZ_y?
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: Vg'vL[Y
\d$fi*{
template < typename Right > .l?sYe64S
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const C+ar]Vi
Right & rt) const " &2Kvsz
{ "D#+:ix8G|
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 91%QO?hz
} BSt^QH-'
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 }jHS
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。 MH@=Qqx#=t
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。 <,!8xp7,~
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。 r4&g~+ck
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。 pu#h:nb>88
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? | a001_Wv
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: 50r3Kl0
vN#?>aL
template < class Action > 0#1hkJ"
class picker : public Action M )4-eo
{ {8+FxmH
public : ROcI.tL
picker( const Action & act) : Action(act) {} fA"N5qQI(
// all the operator overloaded O@.C.5Ep
} ; |R$V[
r}351S5(
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 FW* k O
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: =rSJ6'2("
SFhi]48&V
template < typename Right > |@'/F #T
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ;
kPx@C
{ SOE5`
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 5cj]Y)I-~
} B(tLV9B3Q
[Q"*I2&
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 4 mj\wBp
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 >YG1sMV-J
;75m 9yGo
template < typename T > struct picker_maker %siBCjvo=
{ <Y%km[Mh
typedef picker < constant_t < T > > result; t~vOm
} ; h-r\1{Q1]
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > s<3cvF<
{ ^`M,ju
typedef picker < T > result; SURbH;[
} ; xvo""R/g8
pJ8;7u
下面总的结构就有了: U\OfB'Dn
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 TCShS}q;%
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 %L;z ~C
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ',Y`XP"Q
至此链式操作完美实现。 l Tpn/
O3ij/8f
o[=h=&@5p
七. 问题3 |,YyuCQcL[
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 6.#5Ra
z!`aJE/
template < typename T1, typename T2 > I*h%e,yIO
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const : jgvg$fd
{ NsbC0xLd
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); a'zXLlXgGd
} @4sEHk
3
R<\5q%@G
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:
HJ5 Ktt
jnF-kia
template < typename T1, typename T2 > !97U2L4
struct result_2 .`w[A
{ zNTcy1Sthk
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; iakqCjV
} ; dU4 h
9gWR djK:
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? pI>yO~Ve
这个差事就留给了holder自己。 ^7b[spqE
[\i0@
D,$!.5OA
template < int Order > D1xIRyc/
class holder; k@}?!V*l
template <> Evjvaa^
class holder < 1 > 0EWov~Y?
{ AQ}(v,DOb
public : &P2tzY'
template < typename T > Q4~/Tl;
struct result_1 [Eq7!_3
{ |A .U~P):
typedef T & result; K!AW8FnHkZ
} ; XSfl'Fll D
template < typename T1, typename T2 > zY11.!2
struct result_2 whH_<@!
{ tccw0
typedef T1 & result; ,=Q;@Z4 vJ
} ; V1yY>
template < typename T > yM_ta '^$
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const F+!w[}0
{ %R?B=W7;Q
return (T & )r; K[,d9j`^
} ^4G%*-
template < typename T1, typename T2 > G`;YB
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const Pn?,56SD=
{ kdq<)>"
return (T1 & )r1; cA,`!dG2,
} +ConK>;
} ; &XvSAw+D@
@%FLT6MY
template <> Q4;%[7LU
class holder < 2 > T
O]wD^`
{ UrC>n
public : N}|<P[LW
template < typename T > g$^:2MT"aQ
struct result_1 1')_^]
{ /m"#uC!\
typedef T & result; pxGDzU
} ; yuef84~
template < typename T1, typename T2 > E%.w6-
struct result_2 i(Xz3L#(
{ v0aV>-v
typedef T2 & result; H\>0jr`
} ; rd
)_*{
template < typename T > G5l?c@o
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const uGoySt&;(
{ !^Ly#$-X
return (T & )r; 6@rebe!&=
} YK{E=<:
template < typename T1, typename T2 > l-v(~u7
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const (GCe D-
{ qj.>4d
return (T2 & )r2;
Wx8oTN
} /W|=Or2oR
} ; D4G*Wz8
~dtS
HL`=zB%
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> >。 :-[y`/R
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: |_h$}~;
首先 assignment::operator(int, int)被调用: ?'8(']/
JmP[ 9"
return l(i, j) = r(i, j); yIq.
m=
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) %"jp':
[X&VxTxr
return ( int & )i; Lu][0+-
return ( int & )j; swTur
最后执行i = j; ,N1I\f
可见,参数被正确的选择了。 /0_^Z2
cWU9mzsE
*+UgrsRk
E2nsBP=5C
A &tMj