一. 什么是Lambda RQt\_x7P
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 81&5g'
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, $kCXp.#k@~
x39n7+j4
xGVL|/?8
I$vM )+v=
class filler FEqR7
{ lL]8~3b
public : &bw
``e&c
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 9G)q U
} ; 3GUJlFj
o^b4l'&o
2}HS`) /
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: b{i7FRR>o4
nd?R|._R
2%oo.?!R
{nl4(2$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); =`y.L5
*3r{s'm
^"hsbk&Yu
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ^d[s*,i?
p@x1B
&Z
hp6%zUR
+(9qAB7
二. 战前分析 2 bQC2
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。 {S;/+X,
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 IsjD-t
\/
8
V|E
u%`4;|tI
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); S/l?wwD
/* --------------------------------------------- */ +ysP#uAA
vector < int *> vp( 10 ); \JX.)&>
-
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); I_/kJ#7vj
/* --------------------------------------------- */ 3[E)/~-
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); // \UthOT
/* --------------------------------------------- */ &:ib>EB03=
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 3kl\W[`?
/* --------------------------------------------- */ \hcb~>=C
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ;}=[( eqA
/* --------------------------------------------- */ Nq3q##Ut:
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Ikbz3]F^V
=W
Q_5}
0o+2]`q)Q
V9o_Q
看了之后,我们可以思考一些问题: >kJEa8
1._1, _2是什么? Z*Qra4GBl]
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。 V/jEMJNks
2._1 = 1是在做什么? Q<F-l.q
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。 _a3,Zuv
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。 ;2=H7dq
zXH CP.Rmg
(!0=~x|Z[
三. 动工 5$ra4+k0
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: e2?7>?
!SFF 79$c
Y=#g_(4*
4LBMhLy
template < typename T > i1#\S0jN
class assignment L*VO2YI
{ B3V=;zn3
T value; YLfZ;W|6u
public : f9Hm2wV
assignment( const T & v) : value(v) {} @pKQ}?
template < typename T2 > 5$|wW}SA
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } }FTyRHD|
} ; `Al5(0Q
^dzg'6M
K8l|qe
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 U_UX *
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment W&U
Nk,
\HzI*|*A
fi2@`37PM
n>Rt9
class holder x@I(G "
{ U&D"fM8
public : )&j4F)
template < typename T > 7O)U(<70
assignment < T > operator = ( const T & t) const [8VB"{{&
{ TuBl9 p'6
return assignment < T > (t); ]tVU$9D
} tCk;tu!d
} ; ">G|\_ZF
q,JMmhWaT
L.[ H
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: Z5 uetS^
kphv)a4z=
static holder _1; (
*(#;|m
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ^fLePsmd
J/j?;qx]j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]Xur/C2A
而不用手动写一个函数对象。 R18jju>Zr
ov=[g l
Fvy__qcHi
n0T\dc~
四. 问题分析 u(7PtmV[!
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。 5_@8g+~
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。 m q`EMOH
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 iR9
$E
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 _91g=pM
下面我们可以对这几个问题进行分析。 8xQ5[Ov
zUM;Qwl
五. 问题1:一致性 *N .f_s
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?| (>x4X@b
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 =8r%zLDw
3hOiHO
;
struct holder DHO6&8S
{ 9=j"kXFf
// ZkW,
template < typename T > a{7>7%[
T & operator ()( const T & r) const sS,Swgr
{ F#X&Tb{
return (T & )r; -bo5/`x
} 2Y)3Ue
} ; jmbwV,@Q2
(KDUX
t.
这样的话assignment也必须相应改动: Tw< N
a a=GW%
template < typename Left, typename Right > #7IM#tc@
class assignment G}d-L!YbE'
{ r=<Oy1m/
Left l; fQ5VRpWGn
Right r; C:/O]slH
public : U5]{`C0H?
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} :=BFx"Y
template < typename T2 > Wc4F'}s
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Sni Ck*T,
} ; ')w:`8Tl
!>g_9'n'
同时,holder的operator=也需要改动: oZxC.;xJ
kzqW&`xn?
template < typename T > ;Ft_ Xiq
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const LMf_wsp
{ }1P>^I"[Y
return assignment < holder, T > ( * this , t); IcMfZ{H1
} {)j3Pn
`H6-g=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。 5-M EOy(
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 b-8{bP]n
_ji"##K
return l(rhs) = r; V,<3uQD9a
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。 #1i&!et&/
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: EELS-qA
,y}?Z8?63
template < typename Tp > 7q<2k_3<
class constant_t &13qlc6
{ k{<]J5{7
const Tp t; bT<if@h-
public : n}MW# :eJe
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Yy6Mkw7X
template < typename T > 79|=y7i#
const Tp & operator ()( const T & r) const :c@v_J6C&
{ 5F{NPKaQ
return t; TU4"7]/{M
} >NWrT^rk
} ; yrOWC
?!=yp#
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 :DTKZ9>2D
下面就可以修改holder的operator=了 095:"GvO
_FXvJ}~m
template < typename T > f]MKNX
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const )?#*GMWU
{ U}ei2q\
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); F.2<G.9
} G.Z:00x
_ KBN
同时也要修改assignment的operator() j^#4!Ue
9MQ!5Zn
template < typename T2 > S)T]>Ash
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } { O+d7,C
现在代码看起来就很一致了。
#nV F.
Gf'qPLK0
六. 问题2:链式操作 jnfktDV'
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Atc<xp
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。 :ulOG{z
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。 H`#{zt);
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。 p|!5G&O,
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct U5N/'p%)<
e&WlJ
template < typename T > ]v&)mK]n=o
struct result_1 \ vj<9ke&
{ #zflU99d
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; F!DDlYUz.
} ; LT7C>b
-FRMal4Pg0
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: |[apLQ6
h"Qp e'D}
template < typename T > eT33&:n4
struct ref )Qe<XJH!
{ 77D>;90>?
typedef T & reference; jFbj)!;
} ; h3-y}.VjG
template < typename T > Bx9R!u5D
struct ref < T &> "M#A `b
{ jdz]+Q`jq
typedef T & reference; GCaiogiBg
} ; }+/j /es{]
9u6GeK~G
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: jcrLUs+\
Jg} w{,
template < typename T > DFDlp
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const a;a^- n|D
{ !'|^`u=eL
return l(t) = r(t); cP#vzFB0>
} >&pB&'A a
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。 }8
V/Cd9
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 j#:IG/)GL
7A6Qrfw
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 (QS4<J"
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 8t)5b.PS
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 .V~z6
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 L=g(w$H
最后的布局是: W:5uoO]=<
Add UnTnc6Bo7W
/ \ @ sLb=vb
Divide 5 UAleGR`,
/ \ &CP]+ at
_1 3 N_jpCCG~
似乎一切都解决了?不。 +H"[WZ5
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。 #aHPB#
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。 90g=&O5@O
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: <}Hfu-PLo
1jHugss9|
template < typename Right > p>Z18
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ,xcm:;&
Right & rt) const KHnq%#
{ 3|++2Z{},
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); |E]`rfr
} 73C7g<
Mx
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 M N-j$-y}
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 iO$Z?Dyg9
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。 95cIdF 6m
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。 c+dmA(JC
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。 Z+p'3
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? {Xr|L
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: "XKcbdr8-
$TU:iv1Fm
template < class Action > Dx1f<A1
class picker : public Action &];:uYmMU
{ %"yy8~|
public : :t)<$dtf[
picker( const Action & act) : Action(act) {} 77zfRSb+
// all the operator overloaded 0:C ^-zrx
} ; $M:Ru@Du2
$u"*n\k>
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ^ "D
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ;\mTm;]G
%DQ!#Nl*
template < typename Right > `4Db( ~
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const A#;TY:D2
{ KkK
!E
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); V;N'?Gu
} PR+L6DT_
zWA~0l.2
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > l|jb}9(J
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 i3dV2^O
cXDG(.!n7B
template < typename T > struct picker_maker K?J?]VCw
{ f.e4 C,
typedef picker < constant_t < T > > result; }LA7ku
} ; +$CO
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > #Y_v0.N
{ E9N.b.Q)
typedef picker < T > result; *B*dWMh
} ; -|cB7P
!'5t(Zw5
下面总的结构就有了: c}u`L6!I3
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。 ^2f2g>9j_C
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。 _N1UL?
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 P`$Y73L
至此链式操作完美实现。 [kp#
Yn>y1~
b0:5i<"w6
七. 问题3 {G i:W/jJ
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 E|9'{3$
w8KVs\/
template < typename T1, typename T2 > H_&z-g`
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const JI7.:k;
{ A<*G;
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); w~|z0;hC
} * .P3fVlZ
(X|`|Y
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: S(NUuu}S
_/pdZM,V
template < typename T1, typename T2 > %YLyh?J
struct result_2 u.!<)VIJx
{ 8]2j*e0xV
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; *Q`y'6S
} ; d@QC[$qXj
|]=s
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? ,\CG}-v@CN
这个差事就留给了holder自己。 (
L ]C
)BX-Y@fpA
uzO3 _.4Y
template < int Order > ~=Q|EhF5
class holder; p}K\rpvJpu
template <> $ 0Up.
class holder < 1 > s9.nU
{ <x->.R_
public :
2E/yZ ~2s
template < typename T > P$hmDTn72
struct result_1 o4d[LV4DS
{ yS";
q
typedef T & result; |)pgUI2O[
} ; "v[?`<53^l
template < typename T1, typename T2 > -MTO=#5z
struct result_2 }DzN-g<K
{ wPRs.(]_
typedef T1 & result; D Kng.P
} ; B`;DAsmT
template < typename T > _
ATIV
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const =7P(T`j
{ #fkOm
Y7X
return (T & )r; ~'3hK4
} !1{kG%B=
template < typename T1, typename T2 > ZNjqH[
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const f<K7m
{ nv-_\M
return (T1 & )r1; +jrMvk"
} m
L,El2
} ; L\/YS;Y
=k|hH~
template <> y|O)i
I/g
class holder < 2 > P;~P:qKd
{ Ag@R 60#
public : d\{a&\v
template < typename T > N^U<;O?YDW
struct result_1 $P7G,0-
{ H>Ws)aCq
typedef T & result; lk. ;
} ; 3!<} -sW4
template < typename T1, typename T2 > B_uAa5'
struct result_2 oHj64fE9
{ d*(wU>J '
typedef T2 & result; %n<.)R
} ; ,Y_[+
template < typename T > m<