一. 什么是Lambda NQvI=R-g
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 )ac!@slb^7
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, _w'_l>I
!*?9n^PaF
@tJic|)x
vF[ 4kDHk
class filler 8f65;lyN
{ OF-VVIS
public : {:Kr't<XzF
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} MY}K.^4^
} ; B`jq"[w]-
1i)3!fH0:
Jz P0D'
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: Cbm^:
_LR
aEVy20wd
} .<(L
Ji6.-[:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Zp9kxm'
>6)|>#Wi
lJT"aXt'M
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 }Fox
f"zmN G'
,g,Hb\_R)
cRWB`&
二. 战前分析 lWT`y
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。 <vD(,||
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 n.C5w8f
H/={RuU
sNP
;
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ( 5uSqw&U
/* --------------------------------------------- */ (Fq:G) $
vector < int *> vp( 10 ); 9b@yDq3hQ
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); tE-g]y3
/* --------------------------------------------- */ M* {5> !\
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Z/|=@gpw
/* --------------------------------------------- */ :3b02}b7
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Q(e
/* --------------------------------------------- */ 8.+
yZTg
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); :fq4oHA#
/* --------------------------------------------- */ Ps[#z@5{x
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); %&q}5Y4!
nb6Y/`G
KeXt"U
n1:q:qMR1
看了之后,我们可以思考一些问题: _aJKt3GQ
1._1, _2是什么? ~l*<LXp8
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。 x($Djx
2._1 = 1是在做什么? uU^iY$w
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。 Xil;`8h
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。 Wcm8,?*
i$<")q
LIQ].VxIs
三. 动工 s{j A!T}
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ;-;lM6zP
gU NWM^n
(oG.A
j-DWz>x
template < typename T > tV>qV\>
class assignment N]6t)Zv
{ e0otr_)3F
T value; %~PT7"4
public : %H,s~IU
assignment( const T & v) : value(v) {} D{[{ &1\)r
template < typename T2 > siT`O
z|,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } G#^0Bh&
} ; kRBO]
=;b3i1'U
qd#7A ksm
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ,VSO;:Z
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment c"pOi&
Mw)6,O`
9cU9'r# h
x{tlC}t
class holder dM P'Vnfj
{ GG +T-
public : n${k^e-=
template < typename T > r\Yh'cRW{
assignment < T > operator = ( const T & t) const
KLE)+|
{ c %Cbq0+2
return assignment < T > (t); X J)Y-7c
} ASre@pW
} ; kfT*G
+l]
s(J>yd=
FF!PmfF'
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ela^L_N hF
mtn^+*
static holder _1; U V*Ruy-
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 7]ysvSM
KB(W'M_D\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); :Jv5Flxl
而不用手动写一个函数对象。 />/e
wJCw6&D,/
nJ
xO.wWE
]dI^
S
四. 问题分析 fb>$p_s]
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。 '%XYJr:H[
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。 "J=Cy@SSa
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 isQOt *
i
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 lG%697P
下面我们可以对这几个问题进行分析。 +A)>
zx
V[K N,o{6
五. 问题1:一致性 pt,L
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?| a !%,2|U
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 }(|gC,
LdN[N^n[H
struct holder k0K$OX*:e
{ DL1nD5
// !4'F z[RK
template < typename T > v^8sL` F
T & operator ()( const T & r) const UeLO `Ug0;
{ QuPz'Ut#
return (T & )r; /lu|FWbEw
} %Uz\P|6PO
} ; b/]4#?g
f:<BUqa
这样的话assignment也必须相应改动: 'wG1un;t
wlaPE8Gc
template < typename Left, typename Right > "QxULiw
class assignment r]Wt! oHm5
{ n$r`s`}
Left l; #S'uqP!
Right r; Br7q.
public : d(d<@cB9
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} /bB4ec8!
template < typename T2 > KvPCb%!ZP
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } orH6R8P]
} ; >(S)aug$1
D5snaGss9a
同时,holder的operator=也需要改动: '5De1K.\`
Kw"y#Ys]
template < typename T > #X?[")R
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const jYRSV7d
{ nW7: ]
return assignment < holder, T > ( * this , t); C8>
i{XOO,
} j9hfW'
k'#3fz\
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。 #]tDxZ]
6
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 WcNQF!f
4^l 9d
return l(rhs) = r; Pd"c*n&9
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。 UNa"\
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ": M]3.
vf{$2rC
template < typename Tp > 8TT#b?d
class constant_t O8A1200
{ aH'fAX0bF
const Tp t; otR7E+*3
public : L,y
q=%h|
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} `y.4FA4"8
template < typename T > }%/mPbd#
const Tp & operator ()( const T & r) const ]$r]GVeN}H
{ yVmp,""a
return t; j;]I
-M[
} s_IFl5D]
} ; t8EI"|
DX>LB$dy?
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。
S
W%>8
下面就可以修改holder的operator=了 bXF8V
c-XO}\?
template < typename T > >j hcSvM6
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const E4892B:`
{ ?96r7C|
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); -(:T&rfTp
} z@~H{glo
_.; PLq~0
同时也要修改assignment的operator() `+n#CWZ"Y
NeY*l
template < typename T2 > 2[+.*Ef
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } XKky-LeJ
现在代码看起来就很一致了。 [#uhMn^
,5;M(ft#
六. 问题2:链式操作 6LCtWX
现在让我们来看看如何处理链式操作。 p7Wt(A
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 }vZf&ib-
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 n!/0yR2S
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 !?JZ^/u
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct )Su>8f[?e
)y*&&q
template < typename T > ZL<X*l2
struct result_1 ?m]vk|>
{ g:Qq%'
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; )
~=pt&+
} ; B1 }-
/'jX_
V_$|
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: 'fU #v`i
k37?NoT
template < typename T > ;O`f+rG~
struct ref _`?cBu`
{ 3oLF^^^g
typedef T & reference; iRsB|7v[ ,
} ; -z`FKej
template < typename T > jSE)&K4nI
struct ref < T &> $lT8M-yK\
{ 2.%)OC!q&5
typedef T & reference; tJ;qZyy(
} ; zni9
pV ^+X}
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: \KhcNr?ja=
zBy} > Jx
template < typename T > .yy*[56X
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const HC$%"peN1b
{ Wf3BmkZzz
return l(t) = r(t); GbQi3%
} #9|&;C5',!
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。 d9S/_iCI
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ny13+Q`^
s oY\6mHio
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 )]C]K B
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: bfz7t!A)A
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 p\=T#lb
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 S~aWun
最后的布局是: h<%$?h+}
Add o@L0ET
/ \ #8et91qw
Divide 5 y`n?f|nf
/ \ $}WT"K
_1 3 oIick
似乎一切都解决了?不。 >S:(BJMo
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 5]dlD #
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 \"ahs7ABT
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: N0w?c 5>
O +o)z6(
template < typename Right > FM6{%}4
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const )&O2l
Right & rt) const aDRcVA$*
{ x[{\Aw>$.
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); V _~lME
} Jd7chIK
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 M99ku'
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 j ^j"w(a
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 ly`
A,dh
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 {V>F69IU
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 _"
9 q(1
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? Ps@']]4>W
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: c0Ih$z
$}su'EIo
template < class Action > htbE
Q NW
class picker : public Action Cik1~5iF
{ pSlc (M>
public : ExtC\(X;
picker( const Action & act) : Action(act) {} >)M1X?HI5
// all the operator overloaded 8B*(P>
} ; Kb+SssF
i+O7," (@
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。 *S*49Hq7c
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: -/?)0E
rNV3-#kU
template < typename Right > kfnh1|D=aY
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ;'{7wr|9
{ qvc<_k^
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); k( 0; >)<i
} H14Q-2U1xa
&7\}Sqp
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > wIi(\]Q
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。 Dazm8_x
s\ C ,5
template < typename T > struct picker_maker NC~?4F[
{ =i vlS
typedef picker < constant_t < T > > result; B<EqzP*#
} ;
]+Whv%M
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ~!Sd|e:4
{ 2*75*EQCH
typedef picker < T > result; *>W<n1r@]
} ; 7T[$BrO\
nPvys~D
下面总的结构就有了: :7 LA/j
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 m?Y-1!E0
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 ~RVlc;W
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 < +*
至此链式操作完美实现。 =,zB|sjn
Ct-eD-X{
cVx SO`jZw
七. 问题3 fCUx93,>z
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 15jQ87)
S'HA]
template < typename T1, typename T2 > 4k^P1
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const [w<_Wj
{ %"r9;^bj&<
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); -sA&1n"W&5
} L~PiDQr?r
{g nl6+j
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: QP\:wi
q`p0ul,n
template < typename T1, typename T2 > )]q Qgc&
struct result_2 @@*x/"GJG
{ `WH$rx!
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Zo2+{a
} ; X[.%[G|oj}
EpF9&