一. 什么是Lambda ?V6+o`bm
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 J6*Zy[)%&S
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, bLx70$
4:!KtpR[O
:U5>. ):
@!92Ok
class filler =4RBHe8`
{ G$ l>By
public : %cM2;a=2
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {C=d9z~:
} ; R/H?/
<{C oM
&Wj
%`T{
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: b"Hg4i)
dAOmqu,6
1goK>=-^
NT~L=xsY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); %@<}z|.4
w%,Iy,G@
{7`eR2#Wq
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 s'LY)_n
\ H#zRSbZ
&`7tX.iMlh
)J/,-p
二. 战前分析 P |c6V
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。 f1Ruaz-
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 Ez^U1KKOE7
a;p3Me7
OQ<|XdI$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); u</21fz'
/* --------------------------------------------- */ 4|f I9.
vector < int *> vp( 10 ); E<>Ev_5 >
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); GXC:~$N
/* --------------------------------------------- */ EEQW$W1@
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); &3VR)Bxn
/* --------------------------------------------- */ zJWh
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ,HXY|fYr
/* --------------------------------------------- */ 6xSdA;<+]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 7O{c>@\
/* --------------------------------------------- */ `.+_}.m
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 8W?/Sg`
m(nGtrQJm
|+//pGx
=iy%;>I`
看了之后,我们可以思考一些问题: `[V]xP%V
1._1, _2是什么? vMJv.O>HW
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。 f>nj9a5
2._1 = 1是在做什么? iXtar;%
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。 U7U-H\t7
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。 8>G3KZ3
ml7]sN(
C|c'V-f
三. 动工 UJ1Ui'a(!!
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: vj<HthC.k
n{j14b'
:(,uaX>{
vBCQ-l<Ub
template < typename T > `,~I*}T>5W
class assignment >6 [{\uPK
{ |4BS\fx~N
T value; 7Zp'}Om<I
public : g7@G&Ro9J\
assignment( const T & v) : value(v) {} 9RwD_`D(MN
template < typename T2 > $O,$KAC
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } zC6,m6Dv
} ; %"V Y)
b Mi,z3z
,g%2-#L%
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 bb[.Kvq5
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment /g2( <
! %r5
0V
,R|Ln
qsn6i%VH
class holder O=8:K'
{ J3cbDE%^m
public : g@hg u
template < typename T > m5r65=E
assignment < T > operator = ( const T & t) const .]g>.
{ @ae;&
return assignment < T > (t); w;}pebL:
} {tMpI\>S
} ; +CtsD9PA
{\
vj":
MHmaut#
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: |H 0+.f;
Wfgs[
static holder _1; }Wjb0V
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 -S\74hA
G\&4_MS
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ;=>4
'$8
而不用手动写一个函数对象。 V6Ie\+@.\
d-nqV5
o,(MB[|hQ
8xzEbRNJ)
四. 问题分析 %4?
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。 ?khwupdi
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。 =qiX0JT
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 5fuOl-M0W
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 P3C|DO4
下面我们可以对这几个问题进行分析。 }@Lbvaa
v8p-<N)
五. 问题1:一致性 pfsRV]
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?| VXlTA>a }
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3OTq
rCqcl
struct holder 7JNhCOBB
{ ?-[.H^]s~
// FM:ax{
template < typename T > 94Mh/A9k
T & operator ()( const T & r) const G
m40u/
{ $$`E@\5P
return (T & )r; L9[? qFp
} <kIg>+
} ; os*QWSs
l1On .s
这样的话assignment也必须相应改动: }2 zJ8A9-
HI6;=~[
template < typename Left, typename Right > rf1Us2vp
class assignment l<0BMw S8
{ S?*pCJ0
Left l; E8#r<=(m
Right r; `~Nd4EA)2
public : Cc^`M9dP
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} s8iJl+Jm
template < typename T2 > xb$eFiQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } )TV4OT#
} ; 0]3%BgZ(a8
R4=n">>Q
同时,holder的operator=也需要改动: $>zLa_cn|
%m r
template < typename T > l9
RjxO.~U
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const qYLOq`<f
{ bj^YB,iSM
return assignment < holder, T > ( * this , t); c`I`@Bed
} H ^P uC (
TGx:#x*k
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 b6BeOR*ps
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 PEZ~og:w
l%]S7|PKx
return l(rhs) = r; dE9xan
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 '#d`K.;_b.
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: T.nY>Q8
#MYhKySku
template < typename Tp > qXO@FW]
class constant_t e-vL!&;2
{ pcIJija:
const Tp t; @Q~Oc_z
public : gE8p**LT+
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Et{4*+A
template < typename T > sE7!U|
const Tp & operator ()( const T & r) const 3D>syf
{ 2VaQxctk
return t; C8i6ESmU
} A+i|zo5p=k
} ; 9')
N3 qtq9{
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 qTFktJZw
下面就可以修改holder的operator=了 mEsOYIu{
NU>={9!
template < typename T > lrg3n[y-l
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const /*=1hF
{ M]PH1 2Ob
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); /Zs;dam
} x#z}A&
,YzrqVY
同时也要修改assignment的operator() (izGF;N+
tVJ}NI #
template < typename T2 > n<47#-
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } uN1(l}z$
现在代码看起来就很一致了。 ]A)`I
$S{B{FK
六. 问题2:链式操作 Yg_;Eu0'?
现在让我们来看看如何处理链式操作。 hkOhY3K5
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。 PYWp2V/
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。 r9[{0y!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。 %\OG#36
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct D{1k{/cF
O_@
template < typename T > NYopt?Xg
struct result_1 VNKtJmt
{ `uL^!-
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; D|`O8o?)
} ; ,CACQhrng
*7MTq_K(An
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: >jI(^8?
pRS+vV3
template < typename T > pU4k/v555;
struct ref iDp'M`(6h
{ q1C) *8*g
typedef T & reference; $Pw@EC]
} ; &fH;A X.
template < typename T > f0UB?
|
struct ref < T &> ,l}mCY
{ qfF/X"#0
typedef T & reference; r3.A!*!
} ; pO^gooV\
a:$hK%^
\
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ce3w0UeV
Mf [v 7\
template < typename T > .9r+LA{
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const !YJfP@"e6r
{ px `o.%`'
return l(t) = r(t); (N63k1M
} k[6%+
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。 s{IXth6
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 `U-i{i
Vn:BasS%
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 mc{gcZIm
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ^.']-XjC
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 p72:oX\QI
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Ml)0z&jQX
最后的布局是: IP)?dnwG
Add be^09'
/ \
TRB)cJZ?
Divide 5 p1zT]
/ \ :wlX`YW+e
_1 3 }o>6 y>=
似乎一切都解决了?不。 )HLe8:PG~
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。 )e,Rp\fY$
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。 +kh#Jq.
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%K_2`
;4E.Yr*
template < typename Right > \>8r)xC
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const f-Yp`lnn.d
Right & rt) const e|ChCvk
{ ;
E Nhy
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); SZGeF;N
} [&IJy
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 :?!kZD!
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。 ([Gb]0
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。 T#L/HD
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)?=4zJ
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。 qu}`;\9@ld
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? nEtG(^N
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: Y[oNg>Rz
\ C^fi}/]
template < class Action > fgmu*\x<