一. 什么是Lambda *\>2DUu\`
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ,5*4%*n\
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, 0.5_,an3
m4
(Fuu
BMW4E 5
'mM5l*{
class filler !1_:n D
{ 3QVng^"B)
public : Tk:y>P!%a
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} .PxM
#;i2
} ; _Owz%
NlMx!f>b%/
3^a"$VW1
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: L$Q+R'
1 &<@(S<
VQ;=-95P
_V?Q4}7d/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); (
FRf.mv{
l]Sui_+ZU
Sm,$~~iq}
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 xl^'U/
{%Y7]*D
;sf/tX
+A3H#'
二. 战前分析 9.B7Owgr89
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。 HKwGaCj`
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 )Fw)&5B!
y()( 8L
S7vE[VF5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); one>vi`=
/* --------------------------------------------- */ `4qKQJw
vector < int *> vp( 10 ); yiq#p"Hs
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); >A/=eW/q
/* --------------------------------------------- */ (r4\dp&
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); +9J>'oe'D
/* --------------------------------------------- */ ^b~5zhY&
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); J Nz0!wi
/* --------------------------------------------- */ *Y ZLQT
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); P.:T
zk6
/* --------------------------------------------- */ 6>I.*Qt \l
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); mI%/k7:sf
NsHveOK1.
pS\>X_G3
AngwBZ@
看了之后,我们可以思考一些问题: #`$7$Y~]
1._1, _2是什么? Xn=fLb(
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。 86g+c
2._1 = 1是在做什么? c"ztrKQQ
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。 'Ap5Aq
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。 nmGHJb,$
a5M>1&j/eC
8E+l;2
三. 动工 \t@`]QzG:
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: P>-,6a>
?
h%+2
=.a ]?&Yyh
M6sDtL9l
template < typename T > 08a|]li
class assignment [Bo$?
{ KF)i66
T value; B(LV22#
public : val<N293L>
assignment( const T & v) : value(v) {} (T01hR&
template < typename T2 > j+hoj2(
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } b*KZe[#M1
} ; $wTX
b3lpNJ J
`uHpj`EU
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 G
m! ]
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment F948%?a
{@AcL:Eit
o=QF>\\
1\0@?6`^
class holder !%r`'|9y
{ Rjl __90
public : :F=nb+HZ
template < typename T > `WS_*fJ5
assignment < T > operator = ( const T & t) const 8)8oR&(f
{ sIsu >eL
return assignment < T > (t); p%1m&/`F
} m9@n
} ; 17oxD
Rn_c9p
9lCKz
!E
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: rgKn=8+a
(02(:;1
static holder _1; w>_EM&r6~u
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 zP}v2
)6^xIh
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); w.p'Dpw
而不用手动写一个函数对象。 t8 "-zd8
"lf3hWGw
jqWvLBU!
^6>|!
四. 问题分析 =osw3"ng
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 wf%Ep#^6}
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 A>A'dQ69
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 >r3< O=Z7
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 NfF:[qwh
下面我们可以对这几个问题进行分析。 @0,dyg<$>
a|uZJ*
五. 问题1:一致性 0K0=Ob^(e
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?| l0if#?4\r
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 r$Y!Y#hwQ
Ky$G$H
struct holder 7,UFIHq
{ @!3^/D3
// 6 JYOe
template < typename T > '/g+;^_cB
T & operator ()( const T & r) const zqr%7U
{ D
;$+] 2
return (T & )r; bGc|SF<V
} 3>)BI(Wl
} ; Lu.tRZ`$38
'<S:|$$
这样的话assignment也必须相应改动: >[4|6k|\x
AiK4t-
template < typename Left, typename Right > @|%ICG c
class assignment eh4"_t
{ "0zXpQi,B
Left l; 6D"`FPC
Right r; w]o5L
public : _6zP]|VBr
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} y7EX&
template < typename T2 > 1e&b;l'*=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ![ID0}MjJ
} ; -Bv1}xf=6
dt&Lwf/
同时,holder的operator=也需要改动: l(\8c><m
]f-'A>MC
template < typename T > 00a<(sS;
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const #'J7Wy
{ C+m^Z[
return assignment < holder, T > ( * this , t); )Q/`o,Vm
} EiP&Y,vT
(A fbS=[
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。 '4lT*KN7\
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 wf<`J/7u
yPG\ &Bo
return l(rhs) = r; )60f
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.Jfo54,
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: BBE1}V!u
%aE7id>v6
template < typename Tp > (`.qG
&6p
class constant_t G:C6`uiy`
{ 8kM0
const Tp t; <ZC^H
public : '#
IuY
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} !XA%[u
template < typename T > !2U7gVt"*
const Tp & operator ()( const T & r) const ?WtG|w
{ zn;Hs]G
return t; $o$Ev@mi
} jsi#l
} ; c$<O0dI
To{G#QEgG
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 xc<eU`-'b
下面就可以修改holder的operator=了 1S]gD&V
IH5} Az
template < typename T > m<,G:?RM
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const FoD/Q
{ })Mv9~&S
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); cc(r,ij~4
} sa(M66KkU
-WBz]GW4r
同时也要修改assignment的operator() o7a6 )2JK
+IO1ipc4cE
template < typename T2 > <Dj$0g
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } +6M+hO]
现在代码看起来就很一致了。 0H&U=9'YT
XvkI+c
六. 问题2:链式操作 d7tD|[(J
现在让我们来看看如何处理链式操作。 SAE'?_
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。 cvXI]+`<3\
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。 +s(IQt
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。 } .H Fm'p
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct &J/4J
6|>\&Y!Q
template < typename T > 9H, &nET
struct result_1 {}J@+Zsi
{ (06Vcqg
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ;ko[(eFN@
} ; MLD>"W
e]*=sp!T
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: <,4R2'
vXM/nw|5
template < typename T > ['4\O43yv
struct ref JGO$4DK-1
{ ogc('HqF^'
typedef T & reference; +`s&i%{1>
} ; h6T/0YhWLP
template < typename T > 1S[5#ewB;j
struct ref < T &> ^'u;e(AaE
{ t3#H@0<
typedef T & reference; F2PLy
q
} ; l@Eq|y,
|CZnq-,C
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Oz#EGjz
78a-3){
template < typename T > Vyt~OTI\
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const +/!=Ub[:U
{ A{8K#@!
return l(t) = r(t); 0nD=|W\@{
} qv0
DrL,3
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。 'Elj"Iiu
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 `l gjw=
)_c=mT
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 EB29vHAt~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Z?~d']XD
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 e:GgA
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Id.Z[owC`Y
最后的布局是: ;&W;
Add lR@i`)'?U
/ \ $nfBvf
Divide 5 -wfRR>)d
/ \ io9xI3{
_1 3 # +QWi0B
似乎一切都解决了?不。
InPy:}
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ~[uV
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 CmJ?_>
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: Rgfc29(8
pe!dm}!h[
template < typename Right > x'M^4{4[
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const y3KcM#[
Right & rt) const ra9cD"/J &
{ =##s;zj(%
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ,h@R' f!
} mP)3cc5T
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Yt/SnF
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 FV^4
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 aucZJjH
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 S[L#M;n
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 R*Xu(89
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? sMz^!RX@
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: ?}=-eJ(7e
dDqr
B-G
template < class Action > *1Ut}
class picker : public Action W8G9rB|T
{ MS st
public : b@2Cll#
picker( const Action & act) : Action(act) {} &PRx,G5
// all the operator overloaded &$b\=
} ; TDAWI_83-
.B 85!lCF
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。 P>{US1t
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: q?imE ~&U
dq
YDz
template < typename Right > && DD
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const e' U"`)S
{ " xDx/d8B
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); $>'" )7z
} ':!3jZP"m
yV J dZ I
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > G%7 4v|cd
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 XDpfpJ,z"}
n%0]V Xx#
template < typename T > struct picker_maker HBh` 2Q
{ =mHkXHE~:
typedef picker < constant_t < T > > result; *t#s$Ga
} ; T|o`a+?
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > UTDcX
{ .1.J5>/n
typedef picker < T > result; p{ @CoOn
} ; )YzH k ;(
J+)'-OFt0
下面总的结构就有了:
JJ/1daj
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。 HY jMNj0
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。 %6NO 0 F^
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 .
]o3A8
至此链式操作完美实现。 <`R|a *
\!+-4,CbZY
[ME}Cv`?<E
七. 问题3 dSOlD/c
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。 6X@mPj[/
M11"<3]D
template < typename T1, typename T2 > 4meidKw]
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const u(pdP"
{ \C]i|]tl
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); hD nM+4D
} _\
.
Xh.+pJl,*
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: {fog<1c
U/T4i#
template < typename T1, typename T2 > PUbaS{J7
struct result_2 ''#p47$8<d
{ ?mH@`c,fM
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; yWj9EHQU[
} ; 5/& 1Oxo
T)WZ_bR
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? JN9^fR09G
这个差事就留给了holder自己。 XzlKP;r0
r1i$D
mD9STuA$H
template < int Order > 79)A%@YHQQ
class holder; B0f_kH~p~
template <> "'['(e+7
class holder < 1 > =2^Vgc
{ }qc#lz
public : I"Q#IvNw
template < typename T > %x&F4U
struct result_1 dCB&c^
{ U?bG`. X
typedef T & result; c]A
Y
} ; M'yO+bu
template < typename T1, typename T2 > blJIto'
struct result_2 :
@'fpN
{ p/r~n'g$
typedef T1 & result; {mNdL J
} ; "XCU'_k=
template < typename T > }qer
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const rmOQ{2}
{ h^}_YaT\
return (T & )r; |q3f]T&+>{
} p3g4p
template < typename T1, typename T2 > Xo2^N2I
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const as>:\hjP##
{ d
i!"IQAvK
return (T1 & )r1; Tdg6kkJ
} jvu
N
} ; m"n.Dz/S
\CcmePTN#x
template <> (nGkZ}p
class holder < 2 >
F[5S(7M
7
{ egfi;8]E
public : Osnyd+dJY
template < typename T > E]NY
(1
struct result_1 GGH;Z WSe
{ #C4|@7w%
typedef T & result; :]'q#$!
} ; kEO1TS
template < typename T1, typename T2 > 7'Lp8
struct result_2 >A3LA3(
c
{ =(%*LY!Xc
typedef T2 & result; D/Rv&>Jh
} ; &GuF\wJ{7
template < typename T > Zb]/nP1P
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const \I;cZ>{u"}
{ XM$GQn]B
return (T & )r; Qh^R Ax
} /mc*Hc8R8
template < typename T1, typename T2 > @8|Gh]\P
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const D -6
{ d>&\V)E
return (T2 & )r2; -TgUyv.
} ^\MhT)x
} ; 0{Bf9cH
_74UdD{^o
m=H_?W;
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 Vn'?3Eb<
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: {gsW(T>)
首先 assignment::operator(int, int)被调用: 3!aEClRtq
?9p$XG
return l(i, j) = r(i, j); =c&62;O
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) ^uhxURF
S/VA~,KCe;
return ( int & )i; x@Y|v@}BE
return ( int & )j; gV|Y54}T
最后执行i = j; D i+4Eb
可见,参数被正确的选择了。 0pD[7~ ^o
ha5e(Hj?
G;NB\3~X
AP0|z
I] jX7.fx
八. 中期总结 "J& (:(:
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: w,Q)@]_
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 k{a)gFH
O
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 iX{H,-C
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor bo1I&I