一. 什么是Lambda '3<fsK=
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 5!EJxP9
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, i:u1s"3~
$6CwkM:
7^Ns&Q
v{9t]s>B
class filler X`fn8~5
{ C&6IU8l\
public : XK: 9r{r{
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} M?[h0{^K
} ; ^b 7GH9<&
5vw{b?
^|TG$`M(w
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: xCYE
B}o9r
Gkp<o
dlG=Vq&Y
jS]><rm
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); =IUUeFv +r
_>v<(7
fgBM_c&9T
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 1&P<
cKn`/\.H
`\m*+Bk[5
:OW;?{ ~j
二. 战前分析 Bf$_XG3
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 #?XQ7Im
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 l2&`J_"
#hlCs
^k
Cn*&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |QMhMGjV
/* --------------------------------------------- */ V=lfl1Ev0J
vector < int *> vp( 10 ); *bxzCI7b
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); > ]8a3x
/* --------------------------------------------- */ "3<da* D1
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Zr-U&9.`
/* --------------------------------------------- */ JR@.R
,rII
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); j~FD{%4N
/* --------------------------------------------- */ ~j-cS
J3
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); #Jna6
/* --------------------------------------------- */ HmZ{L +"
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); uio@r^Xz
l/Vo-#
@]![o %
bcAvM;
看了之后,我们可以思考一些问题: \'M3|w`f
1._1, _2是什么? ~u.T- 0F
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 11,!XD*"
2._1 = 1是在做什么? efD)S92
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 %%Qo2^-
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 rYp3(k3
}=v)Js
f}L*uw
三. 动工 0jzbG]pc:E
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: @o-B{EH8
l$YC/bP
VL[kJi
vAX|hwn;
template < typename T > vBsP+K
class assignment Q43|U4a
{ E7Ulnvd
T value; 8kbY+W%n
public : p2N:;lXM
assignment( const T & v) : value(v) {} I(S)n+E
template < typename T2 > Cn_$l>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Iu{kPyx
} ; XTd3|Pm
I"1;|`L~:
c5Q<$86
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 &|aqP
\Q5
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment i[ $0a4
>5wx+n)/)
fi+R2p~vs
gZEi]/8_
class holder 5"/J^"!h
{ .7
asW(
public : 2jbIW*
template < typename T > $46{<4.
assignment < T > operator = ( const T & t) const -!)xQvagD.
{ x)UwV
return assignment < T > (t); &h~Xq^
} 4HAp{a1
} ; ||zb6|7I4
:iiw3#]
<jS~ WI@
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: up2+s#
(Z}>1WRju
static holder _1; UYA_jpI P
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 1.D-FPK
Lw'9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); fA=#Fzk 2
而不用手动写一个函数对象。 n$aA)"A #
"/]| Hhc{
YUf1N?z
b7/AnSR~Jt
四. 问题分析 A!vCb
8(TX
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。 +p8BGNW,
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。 P"lBB8\eku
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Fxc)}i`
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 dDDGM:]
下面我们可以对这几个问题进行分析。 kF;5L)o
hfcIvs/!
五. 问题1:一致性 Jd,)a#<j
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?| efG6v
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 "C?5f]T
AkU<g
struct holder ?%O3Oi Xz
{ j$da8] !
// _al|'obomy
template < typename T > L'i-fM[#
T & operator ()( const T & r) const pr,p=4m{\
{ )s9',4$eK<
return (T & )r; $DBGLmw
} @FN*TJ
} ; ~dHM4lGY
|BZDhd9<{
这样的话assignment也必须相应改动: FA90`VOWYU
#,(sAj
template < typename Left, typename Right > q@hp.(V
class assignment >O/D!j|
{ `d 2,*KR
Left l; ki;UY~
Right r; $3X-rjQtW
public : O|cu.u|
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ,&HR(jTo
template < typename T2 > OOBhbpg!D
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Zc"B0_&?:7
} ; >%Ee#m
7*w VI+
同时,holder的operator=也需要改动: rg_Q"g
"Dy'Kd%,%/
template < typename T > OndhLLz
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const `N/RHb%
{ sP'0Sl~NU
return assignment < holder, T > ( * this , t); 1\L[i];L8
} (x;g/!:
hIJ)MZU|
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ~^)^q8
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 -V %gVI[
0(8H;T
return l(rhs) = r; ?y XAu0
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ftk%EYT;
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: V2|3i}V"
he+#Q6
template < typename Tp > _kFYBd
class constant_t [O
",
{ vQ@2FZzu>
const Tp t; 8iC:xcN3
public : 2WvN2"f3
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} hbOnlj4
template < typename T > rAdacnZV
const Tp & operator ()( const T & r) const V+wH?H=
{ E{Pgf8
return t; !.5),2
} !SHj$Jwa'
} ; 1;eX&
qu6DQ@
~YC
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 $trAC@3O@
下面就可以修改holder的operator=了 r!N]$lB
w-N1.^
template < typename T > pL1s@KR
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Lp:6 ;
{ >n.z)ZJ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); m:Go-tk
} >x:EJV
fvo<(c#Y#
同时也要修改assignment的operator() gd@p|PsS^
|`yZIY_
template < typename T2 > +$z]w(lb T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } t@bt6J .{
现在代码看起来就很一致了。 `BZ&~vJ_
ZC^C
六. 问题2:链式操作 }UyQ# U
现在让我们来看看如何处理链式操作。 3mt%!}S
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。 6\dX
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。 X}4}&
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。 \6j^kY=
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct "u')g&
\Mx
JH[
template < typename T > @fn6<3
struct result_1 ? S=W&
{ Sj
3oV
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; i&+w _hD
} ; nX%AeDBAT
=)<3pG O
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: \Xg?Ug*9w
)+O r
template < typename T > wod/&!)]A
struct ref s'a= _cN
{ ;\)=f6N
typedef T & reference; fJ80tt?r
} ; %EbiMo ]3B
template < typename T > :9d\Uj,
struct ref < T &> ZKbDp~
{ Db03Nk>#
typedef T & reference; zDBD .5R;
} ; :pKG\A
-
HOnB=
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: j^u[F"
f$xhb3Qn
template < typename T > +QqH}=
M
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Zy]s`aa
{ 0my9l;X
return l(t) = r(t); -]"T^wib
} 2g`[u|
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。 ~5#)N{GbY
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ?s{C//
M?:\9DDd
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 r:l96^xs
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: oFg'wAO.
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 }N3`gCy9eN
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Etnb3<^[t
最后的布局是: ]
VG?+
Add saK;[&I*
/ \ (ppoW
Divide 5 a>Re^GT+z
/ \ b&t[S[P.V
_1 3 2*[Un(
似乎一切都解决了?不。 @5Qoi~o
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。 F,Fo}YQX
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。 V2`;4d X*2
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: c;V D}UD'
P1d,8~;
template < typename Right > ILG?r9x
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 1Kc^m\
Right & rt) const #vnT&FN0[
{ {OxWcK\2@h
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ^e9aD9
} :0Te4UE;P7
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Ee?;i<u
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。 ]tVl{" .{
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。 5Hle-FDn9
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。 5RhF+p4
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。 X ]s"5ju|t
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? ,t~sV@ap
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: V/H@vKN2
wc[c N+p
template < class Action > XJFnih
class picker : public Action E%*AXkJ'dZ
{ wu^q`!ml
public : 6F5,3&
picker( const Action & act) : Action(act) {} [@.B4p
// all the operator overloaded k:0P+d
} ; 5EhE`k4
BMjfqX
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。 m`9^.>]P
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: xii$e
BvJ=iB<E
template < typename Right > {})y^L
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 8t``NZ[
{ %|?1B$s0
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); SI_?~Pf3k
} nVTM3Cz
I@PJl
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ,8`O7V{W
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。 #:W%,$9\P
A}4t9|/K6
template < typename T > struct picker_maker C"No5r'K3
{ h6FgS9H
typedef picker < constant_t < T > > result; :@e\'~7sH
} ; GN%<"I.
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 0^iJlR2
{ Ki 3_N*z
typedef picker < T > result; RUc \u93n
} ; *R!]47Y d
$'u\B
下面总的结构就有了: z[biK|YL
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 0Q3 YN(
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 3Q$c'C
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 0.(Ml5&e
至此链式操作完美实现。 <,-,?
7kM4Ei
Qi|?d7k0
七. 问题3 vTcZ8|3 e
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。 &?}1AQAYg
th Q J(w
template < typename T1, typename T2 >
+/Z0
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 4(sttd_
{ ;(`e^IVf
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ~9i qD
} 8q*";>*
<|Iyt[s
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: V
Qh/
aZxO/b^j
template < typename T1, typename T2 > r$?Vx_f`Q
struct result_2 i"fCpkAP
{ KE#$+,?
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; QB9A-U<J
} ; w%I8CU_}.
cS
4T\{B;
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? H\f/n`@,G
这个差事就留给了holder自己。 ,N;v~D$Y
:'ihE\j
um{e&5jk
template < int Order > Xiw@
class holder; :4] J2U\@
template <> JQH7ZaN
class holder < 1 > mCG;[4gM
{ PuU*vs3
public : Ir>2sTrm
template < typename T >
BUV/twU)
struct result_1 \@:j
{ y\z*p&I
typedef T & result; ( w5f(4
} ; [^Q&suy
template < typename T1, typename T2 > .CvFE~
struct result_2 +|M{I= 8
{ ?0m?7{
typedef T1 & result; u<C$'V
} ; n8Q*
_?Z/
template < typename T > p*!q}%U
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const >Ban?3{
{ l)%mqW%
return (T & )r; 'me:Zd
} LAos0bc)w\
template < typename T1, typename T2 > }eI`Qg
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const CCn/ udp@
{ CY5w$E
return (T1 & )r1; wU.'_SBfB
} xLZMpP5c
} ; %/X2 l
}oV3EIH
template <> bbO+%-(X
class holder < 2 > %db3f
z
{ <qr^Nyo4
public : ,Z?m`cx
template < typename T > #[Z<