一. 什么是Lambda P6GTgQ<'BA
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 `'s_5Ek
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, D Yf2V6'
>;4q
.5Y{Yme
z]N#.utQ
class filler Sqn>L`Lz
{ ?IAu,s*u
public : nKGQU,C
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @
3=pFYW)
} ; F[}#7}xjA
1TQ?Fxj
Xq$-&~
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: @ !")shc
4JK6<Pk
^}~Q(ji7
hOB<6Tm[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); n'mrLZw
Hes!uy
o>M^&)Xs
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 my A;Y
e^eJ!~0
t}R!i-D|HB
xH2'PEjFM
二. 战前分析 r7W.}n*
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 R7Qj<,
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 #k9&OS?
[ojL9.6
dQIF'==6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =7+%31
/* --------------------------------------------- */ KuwhA-IL
vector < int *> vp( 10 ); ;t +p2i
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); *}C%z(
/* --------------------------------------------- */ 01@WU1IN
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); p?$N[-W 6-
/* --------------------------------------------- */ :0y-n.-{
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); >!1]G"U
/* --------------------------------------------- */ =Lkn
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); MPUyu(-%{
/* --------------------------------------------- */ sX6\AYF1M
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); y<6Sl6l*
^4`x:6m
@\F7nhSfa
E}4{{{r
看了之后,我们可以思考一些问题: :4zPYG o
1._1, _2是什么? lknj/i5L
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。 }K 'A/]'
2._1 = 1是在做什么? SlB`ktcfI
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。 5b rM..
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。 Kc[^Pu
OF<:BaRs/
GImPPF
三. 动工 ^*l
dsc
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 0E#??gN
>e!J(4.-
dE8f?L'
Kv*
1=HES
template < typename T > #6c,_!
class assignment JYNnzgd
{ 6%p6BK6
T value; h:bx0:O"
public : e*'bY;8lo
assignment( const T & v) : value(v) {} b&!}SZ
template < typename T2 > (+v':KH3_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 7a9">:~
} ; D>jtz2y=D
Ch?yk^cY
iyCH)MA
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 x=rMjz-`_
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment H9jlp.F
{G=> WAXo
5(#z)T
8-+# !]
class holder 4wKCzPy
{ Fb<'L5}i
public : O=U,x-Wl
template < typename T > kVsX/~$
assignment < T > operator = ( const T & t) const G$YF0Nc
{ Mm8_EjMp
return assignment < T > (t); qDGx(d
} _lI(!tj(
} ; 8Q/cJ+&
Tg
O]q4
H8"RdKwg?
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ,+BFpN'
*8qRdI9
static holder _1; Ow?~+)
4
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 a?Fz&BE
@}UOm-M
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); O(evlci
而不用手动写一个函数对象。 9*j"@Rm
)X#$G?|Hn
v89tV9O)
"xC$Ko _
四. 问题分析 3U?gw!M>
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 W!el[@
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 0KExB{ K
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 )]Zdaw)X
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 w@WtW8
p^
下面我们可以对这几个问题进行分析。 >H euf"V
M"c=_5P
五. 问题1:一致性 L7 FFa:#
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| &:d`Pik6
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 w@P86'< v
-GL.8"c[
struct holder b6e2a/x
{ ^&F.T-( A
// g[b;1$
template < typename T > &gV9h>Kc#
T & operator ()( const T & r) const `Q+O#l?
{ 0p3) t
return (T & )r; X..M!3W
} hT=E~|O
} ; uuHs)
*W |
这样的话assignment也必须相应改动: F'<XB~&o
7zQGuGo(
template < typename Left, typename Right > l66 QgPA
class assignment /FTP8XHwL)
{ (Ms #)E
Left l; meB9:w[m
Right r; #?M[Q:
public : p/ZgzHyF
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} sn[<Lq
template < typename T2 > A\/DAVnI
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Or/YEt}
} ; )q!dMZ(
r^s$U,e#~
同时,holder的operator=也需要改动: sWA-_ 4
jbOwpyH
template < typename T > pTQ7woj}
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const h _c11#
{ qCk`398W
return assignment < holder, T > ( * this , t); IL&R&8'
} =AK6^v&on
Ki:98a$
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。 OpOR!
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 5 a&a-(
r,,* k E
return l(rhs) = r; =;8q`
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。 4tiCxf)
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: *bcemH8f
[A uA<
template < typename Tp > X|TGM
class constant_t v{SYz<(
{ tPJU,e)
const Tp t;
e oFM
public : `+(JwQC4
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} mk-L3H1@J3
template < typename T > %E":Wv
const Tp & operator ()( const T & r) const )Zyw^KN^
{ jA3Ir;a
return t; S`spUq1o
} {y!77>Q/
} ; Xs4G#QsAJ
Qz A)HDQ
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #=fd8}9
下面就可以修改holder的operator=了 <ot%>\C
dBL{Mbh2Z
template < typename T > 5)K?:7
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const SP|Dz,o
{ wqn}t]
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); O;;vz+ j
} q'[yYPDX5x
`{@?O%UB
同时也要修改assignment的operator() j98>Jr\
!8%{(;(
template < typename T2 > q1M16qv5
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } HuL9' M
现在代码看起来就很一致了。 '"Dgov$q
SR1UO'.
六. 问题2:链式操作 z9*7fT
现在让我们来看看如何处理链式操作。 GmLKg >%
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。 ki_Py5
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。 aSNTm8SYX
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。 DU[vLe|Z
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ,W<mz7Z(@
sJ/?R:
template < typename T > &AlX).
struct result_1 R*psL&N
{ >/F,Z%!&q
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; O!\\m0\e
} ; A&QO]8
mH} 1Zy
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: ;GxKPy
[L@ vC>G
template < typename T > hGvuA9d~
struct ref b]U%|bp
{ m-No 8)2yA
typedef T & reference; 7w{>bYP
} ; e|ngnkf(G
template < typename T > 3 aG?^z
struct ref < T &> YTpO4bX
{ HGpj(U:`c
typedef T & reference; BI-xo}KI
} ; aE(j_`L78
%<w)#eV?
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 1Lb+
&
n089tt=TE
template < typename T > }l>0m
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const bytAdS$3
{ iWZrZ5l
return l(t) = r(t); a$SGFA}V
} DLv\]\h}L
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。
.* xaI+:
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 B6iH[dTy_
Rj9YAW$
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 UmSy p\i
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: b*xw=G3%
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 0a??8?Q1G
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ch}t++`l]
最后的布局是: ['~B&
Add |Psi?'4
/ \ I|*w?i*
Divide 5 [;/ydE=
/ \ p#UrZKR
_1 3 ) )q4Rh
似乎一切都解决了?不。 C$~2FTx
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。 %># VhK
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。 5
#)5Z8`X
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: <0r2m4z
\ s8j*
template < typename Right > ndn)}Z!0h
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const LwV4p6A
Right & rt) const /d*0+m8
{ zU;%s<(p
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); O9#8%p%
)
} )A}u)PH4O
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 |UN0jR
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。 ?32gug\i'}
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。 {;6Yi!
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。 l&@]
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。 (*>%^ C?
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? owDp?Sy}E
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: $[L~X
M
AM4lAq_
template < class Action > 1&JPyW
class picker : public Action >YwvM=b"V
{ 7JvBzD42
public : 9?5'>WO
picker( const Action & act) : Action(act) {}
{Jf["Z
// all the operator overloaded o}q>oa b z
} ; !2-f%x]tO
cI~uI'
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 zq1je2DB
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: OIpkXM
i^SuVca
template < typename Right > V2As 5
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const (gY3?&Ok*
{ cZB?_[Cp
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); dux.Z9X?
} |$*1!pL-QP
cEI
"
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ME.l{?v
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。 1:!_AU?
F|+Qi BO
template < typename T > struct picker_maker _ebo
{ `1}WQS
typedef picker < constant_t < T > > result; "DN0|%`M/
} ; Y fRjr
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > +rAmy
{ L|B/'
typedef picker < T > result; 2/Xro rV
} ; tu5g> qb
6T"4<w[
下面总的结构就有了: 4eFqD;
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。 O52B
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。 b|SDg%e
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ltQo_k
至此链式操作完美实现。 /!7
-!o*A>N
s#Os?Q?
七. 问题3 O0Z!*Hy
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。 ,>
Ya%;h2k
}?eO.l{
template < typename T1, typename T2 > !uZ)0R
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ={'3j
{ qLjLfJJ2
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); YR'dl_
} PHAM(iC&D
lJHU1
gu
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: #%9t-
83(-/y
template < typename T1, typename T2 > 7sX#6`t
struct result_2 ^;8dl.;
{ p>ba6BDJT
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ahh&h1q7|
} ; j.]ln}b/'+
2v$\mL
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? }HCt=W`
这个差事就留给了holder自己。 d Dg[ry
]
/"!J6(e
<lkt'iT=Sz
template < int Order > ge#0Q L0K
class holder; tf3R
template <> @
^q}.u`
class holder < 1 > gB<1;_KW
{ sB@9L L]&|
public : <`V_H~Z
template < typename T > P7 h^!a/
struct result_1 m@i](1*T|
{ >6KwZr BB
typedef T & result; \b;z$P\+*
} ; 1Y:JGon
template < typename T1, typename T2 > 6ys|'<?
struct result_2 1rIL[(r4
{ 5E#8F
typedef T1 & result; V8O-|7H$v
} ; no$X0ia
template < typename T > J[{ R:l\
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 03n+kh
{ kmg/hNtN
return (T & )r; =B{B?B"r
} oe*fgk/o9
template < typename T1, typename T2 > $ghlrV;:ct
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const m;J'y2h =$
{ Bdcs}Ga
return (T1 & )r1; ,`ba?O?*G
} WR9-HPF
} ; {(IHHA>
v'Pbx
template <> GP(nb,
class holder < 2 > M_O) w^
'
{ L=@8Zi!2<
public : FMtg7+Q|>
template < typename T > G b4p"3
struct result_1 %KPQ|^WE
{ L@S1C=-/
typedef T & result; C{G;G@/7
} ; k*rG^imX
template < typename T1, typename T2 > b"2_EnE}1
struct result_2 _Qq lOc9
{ (+nnX7V?I
typedef T2 & result; Z kBWVZb
} ; yBCLS550
template < typename T > !iL6 /
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const jItVAmC=i
{ A>frf[fAW
return (T & )r; zCS&