一. 什么是Lambda Yz.[CmdX
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #N@sJyIN
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, 65s|gfu/
/g@.1z1w
OYy %aA}h
ZqS'xN:k
class filler s{`r$:!
{ i<)c4
public : N`8?bU7a}"
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} q=UKL`;C}U
} ; [g_f`ZJ=
p4HX83y{
gWgYZX
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: Q[`_Y3@j
QfT&y &
YG"P:d;s
&xrm;pO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); "fr B5[
V A4_>6
C37KvLQ
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 fLct!H3
f=g/_R2$xN
^<[oKi;>
ZDcv-6C)B
二. 战前分析 (lS&P"Xi
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。 )k <ON~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 O' A''}M
D8BK/E-
kM]?
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); XvZg!<*OH
/* --------------------------------------------- */ Q5{i#F7nJm
vector < int *> vp( 10 ); C4TJS,!1rH
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 7cY_=X-?Y
/* --------------------------------------------- */ Y
-o*d@
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); m:II<tv
/* --------------------------------------------- */ D3(|bSca
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); JU/K\S2%,
/* --------------------------------------------- */ $PHKI B(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); o&fAnpia=
/* --------------------------------------------- */ 76mQ$ze
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); {C|#<}1
ZMy7z|
zSj.Y{J
nWmc
看了之后,我们可以思考一些问题: Pm7,Nq)<>n
1._1, _2是什么? mNWmp_c,1
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。 @H1pPr
2._1 = 1是在做什么? jYO@ %bQ
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。 o @~XX@5l
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。 I zM =?,`
1LT)%_d@
tiI>iP`!
三. 动工 FzA_-d/_dg
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: j#3}nJB%#i
^HX={(ddK
>2vl & (
\SA5@.W
template < typename T > :7@"EW
class assignment OZQhT)nS]
{ 9@:H9"w
T value; =36vsps=
public : |
z$ba:u5
assignment( const T & v) : value(v) {} 9%>H}7=
template < typename T2 > eIg '
!8h?
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } )=[K$>0k
} ; (s,Nq~O
bx!Sy0PUJ
ZRsDn
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 $9M>B<]
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 8/ZJkI
leg@ia
Bx j6/a7Xd
573wK~9oMh
class holder Q?I)1][ !"
{ B`iQN7fd
public : %n=!H
template < typename T > it D%sKo
assignment < T > operator = ( const T & t) const `i,ZwnLh{
{ %4imlP
return assignment < T > (t); /vD5C
} 3Ey#?
} ; Bwn9ZYu#r
Tf21K9+`L
)p(5$AR7
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: \aU^c24>
K>,Kbs=D6
static holder _1; Y%anR|
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 `m`jX|`
*x)WF;(]g
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); M5: f^
而不用手动写一个函数对象。 lVARe3#
gE`G3kgn{
Ej F< lw
lk1c2
四. 问题分析 05=O5<l
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。 ~pX&>v\T
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。 i ao/l
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 aluXh?
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 WFjNS'WI_
下面我们可以对这几个问题进行分析。 j K$4G.x
HI,1~Jw+
五. 问题1:一致性 |hiYV
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| +}I[l,,xy
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 h"
P4
j/#kO?
struct holder NA]7qb%%<
{ [qIi_(%o
// wU2y<?$\8
template < typename T > ]Qkto4DQ5
T & operator ()( const T & r) const !5?#^q
{ nyw, Fu
return (T & )r; Zo-E0[9
} ^.nvX{H8~=
} ; 7$8z}2
?*9U
d
这样的话assignment也必须相应改动: +r2E5s
VahR nD
template < typename Left, typename Right > Ty*ec%U9F
class assignment ~SUA.YuF
{ 0u'4kF!P!
Left l; G|4 vnIS
Right r; y~SFlv36
public : O->i>d
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} {QM;%f
template < typename T2 > )>\J~{
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } oZA|IF8U0
} ; A0V"5syY
_B8e1an
同时,holder的operator=也需要改动: 2t<
dCw
6pLB`1[v
template < typename T > !_?<-f(
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const PC.$&x4w1
{ awHfd5nRS
return assignment < holder, T > ( * this , t); 0`h[|FYV
} nbMH:UY,J
Jk}L+Xvv
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。 P qagep d
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。
+h9UV
+&4PGv53J
return l(rhs) = r; l0U6eOx
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。 h:z;b;
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: -E2[PW4$
k{s#wJA
template < typename Tp > Av.(i2
class constant_t ngsax1xO
{ it&c
,+8
const Tp t; 3${?!OC
public : Zj<oh8
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Zv7@
template < typename T > 0k:&7(j
const Tp & operator ()( const T & r) const @E,{p"{
{ 8MX/GF;F
return t; `RthX\Tof
} !V+5$TsS
} ; Eh!%NeO
,h#!!j\j6
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 W#u}d2mP
下面就可以修改holder的operator=了 T5 5l-.>
d=oOMXYa
template < typename T > I%e7:cs >
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const JV36@DVQ
{ 7Kk rfJqN
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); }h+a8@
} i_`YZ7Hxp
:54|Z5h|
同时也要修改assignment的operator() Wq<>a;m
}ebw1G
template < typename T2 > rHT8a^MO
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } M0=ZAsN
现在代码看起来就很一致了。 D'fP2?3FK
g#9w5Q
六. 问题2:链式操作 -fL|e/
现在让我们来看看如何处理链式操作。 J:?t.c~$o
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ^nbze
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 u8+<uWB
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 iUS379wM}
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct v
0rX/ mj
;f=:~go
template < typename T > u+I-!3J87
struct result_1 gW/H#T,
{ ,=$yvZs4[]
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; _\@i&3hkx
} ; &U4]hawbOU
<Cg;l<$`b
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ]DmqhK`
Qbl6~>T
template < typename T > +
{a
struct ref 45kMIh~~X
{ R3?~+y&
typedef T & reference; Vq9hAD|k
} ; %(6f
template < typename T > OUI}jJw+
struct ref < T &> ,J}lyvkd
{ M8KfC!
typedef T & reference; Z"Et]xSU%$
} ; Sw5H+!
lz{>c.Ll[
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: _&
KaI }O
R)<Fqa7Tm
template < typename T > s3J T1TX
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const d57(#)`
{ mG?a)P
return l(t) = r(t); }Q\yem
} WCR+ZXI?1
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。 elKQge
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 OR?8F5o?p
]\#RsVX
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 ni~45WX3
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: {/QpEd>3+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ?a}eRA7
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Q96g7[
最后的布局是: 9sYX(Fl
Add UwE^ij
/ \ 1+y&n?
Divide 5 \F1nEj
/ \ ,ypxy/
_1 3 }PED#Uv
似乎一切都解决了?不。 ^1*p]j(
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。 V{d"cs>9
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。 n0vPW^EQ
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: m.V mS7_I
5.GBd_;
template < typename Right > <}4|R_xY#
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const g^0
Right & rt) const Z: Kob
b
{ ;P2~cQjD;
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Jt)<RMQ^R
} =602%ef\
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 #e8CuS
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。
K[?wP>s
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。 Ei}DA=:s
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。 Z<&:
W8n
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。 TzK?bbgr!
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? HH+rib'u
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: xPb`CY7
C{2UPG4 x
template < class Action > ^'[ |
class picker : public Action Q7}wY
{ 6PPvfD^
public : \ g0
picker( const Action & act) : Action(act) {} U{ahA
// all the operator overloaded }:jXl!:V
} ; 7kJ,;30)
UI8M<
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。 uk\GAm@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: niA{L:4
7s.sbP~
template < typename Right > 7,+:QY@
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const )%MBo.NL
{ rcyH2)Y/e
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); As)-a5!
} ,%,}[q?]d
HuK'tU#
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > =%]dk=n?TN
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。 :$}67b)MO
x1Si&0T0P<
template < typename T > struct picker_maker ]h|GaHiE
{ =3(
ZUV X
typedef picker < constant_t < T > > result; f3596a
} ; E3gQ`+wNg?
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > `mWg$e,
{ Q0 ^?jh
typedef picker < T > result; A$5!]+
} ; 90ORx\Oeo
h[lh01z
下面总的结构就有了: "arbUX~d
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 `q5*VqIhs
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 HX=`kkX
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 *sw$OnVb
至此链式操作完美实现。 >G-D& A+
W5yqnjK
$4
Fh?q;oEj
七. 问题3 ;XTP^W!6f
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 Ybok[5
GQ[\R&]q<
template < typename T1, typename T2 > H7\EvIM=
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ;ga~ae=Fg
{ RWoa'lnu
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); C"F(kgL
} 8<g5.$xyz
#cmj?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: 7,(:vjIXd
].Et&v
template < typename T1, typename T2 > \?GMtM,
struct result_2 3-Ti'xM
{ .IYE"0)wJ
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; '7E?|B0],
} ; @,s[l1P
| 9(uiWf
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? 4W1"=VL[g
这个差事就留给了holder自己。 "0]i4d1l
V=
.'Db2D
G,$jU9 f
template < int Order > 4K4?Q+?
class holder; "4ovMan
template <> N2x\O~7
class holder < 1 > -ff*,b$Q/
{ JM!o(zbt
public : v4 c_UFEh<
template < typename T > TYB^CVSZ
struct result_1 ~A6QX8a
{ M~wJe@bc
typedef T & result; o,X ?
} ; 8WaVs 6
template < typename T1, typename T2 > 7[8PSoo
struct result_2 paiF ah
{ km8[azB o
typedef T1 & result; rt."P20T
} ; Z!ub`coV[
template < typename T > 0h#' 3z<
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ,H.q%!{h_
{ q5QYp
return (T & )r; e&wWlB![
} v_oNM5w
template < typename T1, typename T2 > #Ok*Or
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const CRS/qso[Q'
{ EY&hWl*a^
return (T1 & )r1; W**a\[~$
} &%INfl>o7.
} ; G#K=n
Qs*g)Yr
template <> a[t2TjB
class holder < 2 > ~KCOCtiD
{ o,u-%
public : Q;`#ujxL
template < typename T > CFn!P;.!
struct result_1 `F(KM '
{ ZG<