一. 什么是Lambda cL%eP.
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 'e))i#/VF
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, };(2 na
1%.CtTi
~O;?;@
cCtd\/ \
class filler qzD
{ K(mzt[n(
public : C/"Wh=h6
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ORo +]9)Yv
} ; tchpO3u,
MoC/xF&
NnZ_x>R
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: :v-,-3AG
mX
SLH'
bxz6
>>
tG,xG&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); YcaLc_pUx
_#U hXXD
z<"\I60Fe
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 U,/9fzgd
;hDIoSz
$>~4RXC
mpCKF=KL.
二. 战前分析 mnMY)-6C
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。 #|xj*+)H
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 ]=^NTm,
z81`Lhg6
%cc<>Hi
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); wd:SBU~f5*
/* --------------------------------------------- */ vP<8,XG
vector < int *> vp( 10 ); \]/6>yT
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); !ImtnU}
/* --------------------------------------------- */ G_p13{"IM
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); \ U`rF
/* --------------------------------------------- */ C"}]PW
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); /Bnh%6#ab
/* --------------------------------------------- */ &
V/t0
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 8-vNXvl
/* --------------------------------------------- */ 0.Nik^~
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); p)Q='
FCr> $
b|h`v
g|3FJA/
看了之后,我们可以思考一些问题: zQ eXN7$
1._1, _2是什么? @h\u}Ee
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。 zI>,A|yy
2._1 = 1是在做什么? CI?M2\<g
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。 D #twS
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'uRXvEr7
DCtrTX
8J7<7Sx
三. 动工 d 'wWj
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: T xwZ3E
s2+s1%^Ll
H"g
p
,e>N9\*
template < typename T > (OK;*ZH+T@
class assignment G0h7MO%x
{ blB00
T value;
OGO4~Up
public : $5l=&
assignment( const T & v) : value(v) {} T%:W6fH7
template < typename T2 > <N;HB&mr
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } B1gBvss
} ; RIl+QA
A0Hs d
C}GOwvAL>
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 H]W59-{a
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ('p~h-9Vi
ny~~xQ"
wg,w;Gle
<[GkhPfZ
class holder -i?-Xj#%
{ |q\:3R_0
public : S-6%mYf
template < typename T > :u53zX[v
assignment < T > operator = ( const T & t) const Q<pL5[00fD
{ 6jtnH'E/
return assignment < T > (t); Ol]+l]
} {^
^)bf|1'
} ; @(A[H^E
`=3:*.T*
4jl-?
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Ik4U+'z6
ON=6w_
static holder _1; Hi<5jl
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 "M.vu}~>
cA4xx^~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7].FdjT.
而不用手动写一个函数对象。 LY^pmak
Hh8)d/D
v 5GV"qY
9IC|2w66
四. 问题分析 v9OK
<
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 5}4r'P$m:
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。 xV4
#_1(
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 dw!cDfT+
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 i7w>Nvj]
下面我们可以对这几个问题进行分析。 sc^TElic
7x^P 74
五. 问题1:一致性 58Fan*fO
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?| +mN]VO*y
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 -P<e-V%<
PSQ5/l?\>
struct holder k/yoRv%
{ Hinz6k6!
// viT/$7`AI
template < typename T > 8I'c83w
T & operator ()( const T & r) const <OcD [5
{ G~I@'[ur
return (T & )r; IgOo2N"^l
} iC`K$LY4W
} ; !e>EDYbY
/JfRy%31
这样的话assignment也必须相应改动: --S2lN/:T
z5v)~+"1
template < typename Left, typename Right > V\"x#uB
class assignment m]$!wp
{ T^ ^o
Left l; S&% GB
Right r; %klC&
_g~_
public : nTweQ
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} #s)Wzv%OX
template < typename T2 > FaC;vuSpy
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } /,z4tf
} ; R*D0A@
'8v^.gZ
同时,holder的operator=也需要改动: ~JsTHE$F
Ax4nx!W,
template < typename T > '@h5j6:2
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Bg*Oj)NM
{ }^;Tt-*k
return assignment < holder, T > ( * this , t); %+U.zd$
} #]'#\d#i
3PLv;@!#j}
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。 "]81+
D
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 HgP9evz,0
t3.;W/0_
return l(rhs) = r; aCe<*;b@
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。 O<Rm9tZ8
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: h+Dp<b
(7G5y7wI"
template < typename Tp > y1!c:&
class constant_t C&b^TLe
{ ika/ GG
const Tp t; GQOz\ic
public : v_PhJKE
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 8o-*s+EY"&
template < typename T > {1.t ZCMT
const Tp & operator ()( const T & r) const z!quA7s<]
{ :[oFe/1K!4
return t; s88lN=;
} x8xSA*@k
} ; _6"!y
]Q
_Kg:jal
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 y|1,h}H^n
下面就可以修改holder的operator=了 (-tF=wR,W
Q=[AP+
template < typename T > <GI{`@5C
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ~{hcJ:bI
{ _6v|k}tW'Y
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); <o8j+G)K#
} ^b=9{.5
\J r ta
同时也要修改assignment的operator() @bQf =N+
1-4iy_d
template < typename T2 > ,rT62w*e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } wiXdb[[#
现在代码看起来就很一致了。 8_6\>hW&
e#MEDjm/)g
六. 问题2:链式操作 $bRakF1'S
现在让我们来看看如何处理链式操作。 )'BuRN8
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 w~A{]s{4
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 dHV3d'.P
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 &R:$h*Wt|
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct B:om61Dn
`x2Q:&.H`
template < typename T > (5y+g?9d;
struct result_1 -NW7ncB|
{ Z&gM7Zo8
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; L|Zja*
} ; ,*SoV~
c=iv\hn
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: kGsd3t!'
hce *G@b
template < typename T > v`ckvl)(C
struct ref b13XHR)0
{ [m3[plwe
typedef T & reference; 1'wwwxe7
} ; u-g2*(ZT
template < typename T > O`_!G`E
struct ref < T &> zWYm*c"n\
{ WZ@/' [
typedef T & reference; @~v|t{G
} ; T2-n;8t
zi7,?bD
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: al<[iZ
6 KuB<od
template < typename T > cs[_5r&:
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ,;LxFS5\
{ t .*z)N
return l(t) = r(t); +.gM"JV
} RN(>37B3_
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。 TxL;qZRY
^
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 CPssk,q~C
}!=}g|z#|
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 qP6Yn JWl
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: q 65mR!)
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 "L'0"
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 \ 8v{9Yb
最后的布局是: &VG|*&M
Add *"4d6
/ \ dLb9p"EE#
Divide 5 \mRRx#-r%
/ \ Y0`@$d&n
_1 3 nA:\G":\y
似乎一切都解决了?不。 GRV#f06
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。 Y)*5M
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。 W`HO Q
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: oG5:]/F
q3a`Y)aVB
template < typename Right > tHlKo0S$0
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 4 [2^#t[
Right & rt) const R%)ZhG*
{ 6[g~p< 8n}
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); XRi/O)98o
} \*{tAF
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 IR; DdF
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 o4I&?d7;"
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 |DAe2RK
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 > <cK
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 1<Fh
aK
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? 2
MFGKz O
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: *~b3FLzq
n3w(zB
template < class Action > ?'F>DN
class picker : public Action "Uy==~
{ sU>!sxW
public : )Ih'0>=
picker( const Action & act) : Action(act) {} LwDm(gG
// all the operator overloaded &w@~@]
} ; fAMJFHW
e_3KNQ`kA
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 L@> +iZSO
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: HF@K$RPK
3,qq\gxB
template < typename Right > _2*Ryz
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const moO=TGG;F
{ @Y2"=QVt
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); JN;92|x
} *Jd,8B/hC
<