一. 什么是Lambda ij0I!ilG4
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 C/Q20
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, x
t-s"A
@/kI;8
]:Ep1DIMl
K9EHT-
class filler VQpt1cK*
{ >hNSEWMY`
public : CWkWW/ZI
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} "}Om0rB}1
} ; tcj"rV{G
=h4uN,
IW!x!~e
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: "<0 !S~]
+h"i6`g
"qq$i35x
!6-t_S
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); &D M3/^70
`3\U9ZH23
I%r7L
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 $/"Ymm#"\Y
@`KbzN_h/
=hTJp/L
#B~;j5
二. 战前分析 W,[ RB
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 HDKF>S_S
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 mbbhz,
5V/&4$.U!
Z0Sqw
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); LmJjO:W}^y
/* --------------------------------------------- */ ~$6` e:n
vector < int *> vp( 10 ); \(Rj2
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); :;Z/$M16B
/* --------------------------------------------- */ NxnRQS
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); tZ[9qms^_
/* --------------------------------------------- */ d[l8qaD
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); pP.`+vPi
/* --------------------------------------------- */ (9]1p;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); mh"PA p
/* --------------------------------------------- */ 'Grej8
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); E|;>!MMA;
S*G^U1Sc+
,|RKM
i}8OaX3x
看了之后,我们可以思考一些问题: poafGoH-Y
1._1, _2是什么? E'{:HX
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 @lDnD%vZ`
2._1 = 1是在做什么? .>;??BG}
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 <!m.+
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 <7`k[~)VB
O<p=&=TD7
p+iNi4y@
三. 动工 9`92
>
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: VE]TT><
Vyi.:lL _8
^!^M Gzu
tF,`v{-up
template < typename T > [O\)R[J
class assignment iuWUr?`\
{ cRKLyb
T value; 8OOAPp$%|
public : s2,6aW C
assignment( const T & v) : value(v) {} D6lzcf
template < typename T2 > vWmt<E|e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ^"<Bk<b(
} ; DC).p'0VL
2<UC^vZ
9 D.wW
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 jjH2!R]^>
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment '['%b
uM'n4 oH
*Jcd_D\-(1
2|?U%YrHWs
class holder IY.M#Q]
{ }f;TG:6
public : /Zs_G=\>
template < typename T > &zgliT!If
assignment < T > operator = ( const T & t) const TX YO{
{ z4D)Xy"/
return assignment < T > (t); j{FRD8]V
} 7)D[ }UXz
} ; b'^<0c
E2}X[EoBF
KJ/Gv#Kj
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: &jEw(P&_
/NB|N*}O)
static holder _1; KU"+i8"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Il\{m?Y
|a])o
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 9E5*%Hu_
而不用手动写一个函数对象。 yT<"?S>D
n'vdA !R
? .B t.
T*B`8P
四. 问题分析 'S}3lsIE
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 hB<(~L?A]
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 ghW`xm87
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 _)pOkS
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 *eXs7 "H
下面我们可以对这几个问题进行分析。 OSuQ7V
KgYQxEbIW
五. 问题1:一致性 IX
6 jb"
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| }Uj-R3]}K
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 CEkf0%YJ
p) ;[;S
struct holder d\Up6F
{ jK\kASwG
// SefF Ci%4
template < typename T > B:i$
T & operator ()( const T & r) const ;L76V$&
{ A+Un(tU2(
return (T & )r; BJHWx,v
} ,^1 #Uz8
} ; {7X9P<<L7
KJ&I4CU]^
这样的话assignment也必须相应改动: ' p!&&.%
4+>~Ui_#
template < typename Left, typename Right > pIrL7Pb0
class assignment Q+a&a]*KL^
{ 7a_u=\,
Left l; SsMs#C8u%
Right r; ,,j> 2Ts
public : /w6'tut
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} $&,
KZ>
template < typename T2 > <aFB&Fm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ,
DuyPBAms
} ; W4qT]m
EN^L.q9#
同时,holder的operator=也需要改动: `\z )EoI
~|~ 2B$JeV
template < typename T > lGT[6S\as
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const (O:&RAkk7
{ :`BG/
return assignment < holder, T > ( * this , t); DcRoW
} }`0=\cKqn
6L~5qbQ
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。 S{XO3
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 |'}r-}
V@G|2ZI
return l(rhs) = r; UaXIrBc
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。 ;\13x][
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: =mwAbh)[7n
] -C*d$z
template < typename Tp > Ea" -n9
class constant_t IWddJb~hu
{ R SWw4}
const Tp t; YuO!Y9iEm
public : Cvt/ot-J?
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} F`gK6;zp
template < typename T > ER!s
const Tp & operator ()( const T & r) const jX$U)O
{ lUnC+w#[
return t; nYC S %\"
} ?:vB_@
} ; r<dvo%I#|
~}D"8[ABj
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ?*q-u9s9
下面就可以修改holder的operator=了 rV%;d[LB
MnY}U",
template < typename T > !8
l&%
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const r;waT@&C
{ 8v^AVg
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); N#Nc{WU'B
} ?$\sMkn
PEtr8J$uB
同时也要修改assignment的operator() 5}9rpN{y
<pT1p4T<
template < typename T2 > Y!u">M#@
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } .zW.IM}Z
现在代码看起来就很一致了。 p7Yb8#XfU
V22Br#+
六. 问题2:链式操作 J
rYL8 1
现在让我们来看看如何处理链式操作。 v~!_DD
au
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。 >O1u![9K|w
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。 cR6#$-a
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 \S?;5LacZ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 1$yS Ii
2+YM .Zl
template < typename T > YMwL(m1
struct result_1 u69G
#
{ :N4?W}r.
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ,{RWs^W2
} ; %LL?' &&
I'R|B\
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: )4w3$Q
7c'OIY].,
template < typename T > SzjylUYV
struct ref ]4_)WUS.c
{ }f] ~{^
typedef T & reference; mL s>RR#b
} ; 3SF J8
template < typename T > 59_VC('
struct ref < T &> b~rlh=(o#_
{ Eo<N
typedef T & reference; @7Nc*-SM
} ; w4uY/!~k
Ve\!:,(Y_
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: v`"BXSmp{
u9}LvQh_6,
template < typename T > Uv:NY1(3!
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const AT^MQvn
{ kqS_2[=]
return l(t) = r(t); TGG-rA6@Lx
} Bp=BRl
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Y]}>he1/5
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 M ~6k[ew
Ot!*,%sjQ
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 VSc)0eyn
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 6~8X/
-02
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 A0uA\E4q
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 G9c2kX.Bf
最后的布局是: +,0 :L :a
Add r}XsJ$
/ \ +&