一. 什么是Lambda jej|B#?`
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 M &`ZF
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, 8w1TX [b
WeyH;P=
;^+#
8>^(-ca_
class filler C><]o
{ .,Qj3
public : aDEz|>q
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} > SRUC
} ; Tk~RT<\Ab+
>Y,3EI\
,Vb;2
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: GZJIIP#
l{q$[/J~)
Z9Prw/8P
s+#|j;V<
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); .G-F5`2I
PL vz1}ts
FyD^\6/x
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 6G2s^P1Dl@
Ip c2Qsa
S%+,:kq
YdsY2
二. 战前分析 LF o{,%B
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。 'lmZ{a6
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 { a2Y7\C/
4cZig\mE;
w1Ar[
P
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); },1**_#<Br
/* --------------------------------------------- */ vn
oI.;H,
vector < int *> vp( 10 ); dLA'cQId
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Qa*?iD
/* --------------------------------------------- */ _D{zB1d\0
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); @ qFE6!
/* --------------------------------------------- */ K&1o!<|
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); u=j|']hp#&
/* --------------------------------------------- */ 2hB';Dv
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); O5}/OH|j
/* --------------------------------------------- */ gFO|)I N
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); iMgfF_r
r(UEPGu|~l
<(|No3jx
}m '= _u
看了之后,我们可以思考一些问题: oh%kuO T[
1._1, _2是什么? $E=t6WvA
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 P
"S=RX#+
2._1 = 1是在做什么? >)5=6{x
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 2 uuI_9 "^
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 >y
P`8Oq[
2kv%k3Q{
.-kqt^Gc
三. 动工 PqOy"HO
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 5<0d2bK$
\)?mIwo7~
L|sWSrqd
Ub1?dk
template < typename T > Y-8qAF?SJ]
class assignment 5Gj?'Wov9
{ _-NS-E
T value; XBJ9"G5
public : R<r"jOd]
assignment( const T & v) : value(v) {} L,@OOBD
template < typename T2 > c k~gB
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } >)Ih[0~M
} ; ONx|c'0g
,!`94{Ggv
]U :1NC"
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 p(2j7W-/
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ,H{
/@|RW
6k#H>zY,
Effp^7 3
F~Kd5-I@
class holder mtfyhFk
{ to0tH^pD
public : %9_wDfw~
template < typename T > jgiP2k[Xom
assignment < T > operator = ( const T & t) const !;Mh5*-
{ ETu7G5?
return assignment < T > (t); o?G^=0T
} +B*8$^,V)
} ; >$.u|a
Q@3.0Hf|{
wf7<#jIq
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: `[+9n2j
9"yBO`
static holder _1; q.(p.uD
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <`dF~
qZ!1>`B
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); \!UNale
而不用手动写一个函数对象。 S"|sD|xOb
&77]h%B>
ivdw1g|)h
{Y5h*BD>
四. 问题分析 my#qmI
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。 FNZB 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。 _/[n/"gn
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 l<<G".?
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 1B3,lYBM
下面我们可以对这几个问题进行分析。 UI~ENG
0XlX7Sk+
五. 问题1:一致性 i'!M<>7
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?| Ow\9vf6H
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 >l$vu-k)~4
~L(_q]
struct holder bw*@0;
{ oH+UuP2a-J
// YQR*?/?a
template < typename T > RJs_ S
T & operator ()( const T & r) const (4V1%0
{ T0_9:I`&
return (T & )r; wAHb5>!
} syh0E=If_
} ; |-7<?aw"
GS{:7%=j
这样的话assignment也必须相应改动: 6RZ[X[R[}
v)JQb-<
template < typename Left, typename Right > \h^bOxh
class assignment hMJ \a
{ )!dELS\ix
Left l; <.3@-z>w2,
Right r; tC+9W1o
public : b*Ipg8n+
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} .<Z7K @
template < typename T2 > a73b/_zZ=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ^&uWAQohL
} ; 3w )S=4lB
i:#R
U^R
同时,holder的operator=也需要改动: ilK8V4k<T)
|PN-,f{ -
template < typename T > |xzqYu?o
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 2W
pe(
\(
{ EpGe'S
return assignment < holder, T > ( * this , t); 8O{]ML
} :0T]p"y4
?HIc=
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。 `n-e.{O((
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 u2<:mu[|P
v%3)wD
return l(rhs) = r; ;lGa.RD[a
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。 d$r JW m5H
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: M;MD-|U
_|8"&*T^
template < typename Tp > *Oz5I
class constant_t
hZlajky
{ (p} N9n$
const Tp t; r"fu{4aX
public : ;_j\E(^%
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} .WL507*"Ce
template < typename T > w& RpQcV
const Tp & operator ()( const T & r) const BHj]w*Ov
{ F__>`Dol
return t; mS~3 QV
} `M>{43dj
} ; H@IX$+;z
U7crbj;c)d
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 any\}
下面就可以修改holder的operator=了 B_cn[?M
W&06~dI1!
template < typename T > _;01/V"q6
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Q,\lS
{ KvilGh10
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 8gC(N3/E"
} ]^
O<WD
3UC8iq*
同时也要修改assignment的operator() 2L<TqC{,-
]VJcV.7`
template < typename T2 > 4d]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 6%S>~L66
现在代码看起来就很一致了。 ^ioTd
uFdSD
六. 问题2:链式操作 \((>i7C
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ^J%
w[FE
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。 #UND'c(5
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。 kj0A%q#'}
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。 U}A+jJ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct r~s03g0
l"*>>/U k
template < typename T > He!0&B\7h
struct result_1 Xkv>@7ec
{ #gN{8Yk>
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ]Vwky]d
} ; Zt!l3(*tt
W>@%d`>o5
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: L0&!Qct
V$v;lvt^Uq
template < typename T > T)C
struct ref Fah}#,
{ "\_}"0H
typedef T & reference; M.OWw#?p:_
} ; 5h{Hf]A
template < typename T > |e< U %v
struct ref < T &> It_yh
#s
{ t*}<v@,
typedef T & reference; 8=nm`7(]
} ; }p- %~Y
5R ec}H
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: RmNF]"3%
vY;Lc
template < typename T > JR<R8+@g_
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const PPq*_Cf
{ %ANPv =
return l(t) = r(t); r*p%e\ 3
} NX=dx&i>+
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 b&_p"8)_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 oNCDG|8z
fGe{7p6XV*
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 i'5bPW
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 2Q k\}KWs
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 (/KF;J^M
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 &0C!P=-p
最后的布局是: i{e<kKh
Add (Iq\+@xE=
/ \ 33;|52$
Divide 5 ;q^YDZ'
/ \ kXj pCtCu
_1 3 G/ ^|oJ/G
似乎一切都解决了?不。 l|up3A3)
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。 L+kS8D<
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。 a0LX<}
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: T ]zjJwa
g1{wxBFE
template < typename Right > # xoFIH
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const (@#Lk"B
Right & rt) const +es6c')
{ %4-pw|':
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); hBqu,A
} U&/S
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 >S3 >b
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。 <A&R%5Vs
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。 *oWzH_
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。 =N0cz%
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。 =~S
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? o{Ep/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: uJ y@
$Yxy(7d7w
template < class Action > d!X?R}
class picker : public Action ]s SoIT
{ 2M1mdkP3
public : ky%%H;
picker( const Action & act) : Action(act) {} .R"L$V$RU.
// all the operator overloaded A&7jE:Ew
} ; `&6]P :_qp
puyL(ohem
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 j w462h
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: >k#aB.6
{2Ibd i
template < typename Right > ;5l|-&{@*
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const x}[` -
{ 6qDD_:F
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); NNdS:(
} #e=^[E-yE
!58JK f
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ~S6N'$^
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。 CYu8J@(\~g
%G
SSy_c
template < typename T > struct picker_maker =+L>^w#6=
{ R{B~No w3
typedef picker < constant_t < T > > result; U,S286
} ;
p[GyQ2k)
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > <am7t[G."
{ KAzRFX),
typedef picker < T > result; TDGzXJf[
} ; Y|~>(
[)u(\nfGX
下面总的结构就有了: zK92:+^C
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。 "8]170
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。 c 1GP3
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 sJlKN
至此链式操作完美实现。 A%O#S<sa
E=QQZ\w
/{va<