一. 什么是Lambda f)/Yru. ;
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 OZDnU6
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, F0])g
wwk=*X-8
5Z1b9.;.,
]qvrpI!E!
class filler QGn3xM66
{ 'IKV%$k
public : w}X <]u
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} / 9^:*,
} ; FUiEayM
~X)Aw3}F
Z;-=x p
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: M qFuZg
w+z~Mz}Vz
Xu2:yf4No*
<"X\~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 7c5+8k3
jgK8} C
.\".}4qQ
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 1T!(M"'Ij
=0
mf
Am{Vtl)i
H0LEK(K
二. 战前分析 LJ\uRfs
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 T2Ms/1FH/@
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 {ZrIA+eH
sZxf.
Pq KbG<}Y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); V*Ta[)E
/* --------------------------------------------- */ s\@RJ[(<
vector < int *> vp( 10 ); Mj2`p#5wKh
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); lhZXq!2p
/* --------------------------------------------- */ Eg$ I
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); GHaD32
/* --------------------------------------------- */
_xjw:
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ~M _@_
/* --------------------------------------------- */ a9}7K/Y=d
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); h/?$~OD
/* --------------------------------------------- */ ga%gu9
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); IT!u4iH[
+"
|?P
z10J8Ms'
'I^3r~_
看了之后,我们可以思考一些问题: pMndyuoJl
1._1, _2是什么? KxhMPvN'
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 +-"uJIwMD
2._1 = 1是在做什么? ;&RBg+Pr
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 %{Ib
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 "MM)AY*b
3)cH\gsg9
AAuH}W>n
三. 动工 >BFUts%
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: X\sO eb:]
YS],o'T
VC~1QPC9
}w&W\g+E$
template < typename T > w=JO$7
class assignment {8p<iY- %
{ @$mh0K>
T value; ^__';! e
public : N)CM^$(T|
assignment( const T & v) : value(v) {} 2 8>
template < typename T2 > pUF$Nq>og
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } /;E{(%U)t
} ; %JoHc?
O2N7qV3U,
(`'(`x#
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 6,Z.RT{5
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Mj!\EUn
<UsFB F
&lM=>?
)IBvm1
class holder S@4p.NMU
{ aNUU' [
public : 8/gA]I
6=#
template < typename T > AdU0 sZ+&c
assignment < T > operator = ( const T & t) const _"l2UDx
{ x_L5NsO:
return assignment < T > (t); 1egq:bh
} (sDZ&R
} ; vd{ban9
y$$|_
l@
S(2_s,J^
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: D*0[7:NSO
TF_wT28AU2
static holder _1; "zE>+zRl
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 QzLE9
|-l9 Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); p`qy57
而不用手动写一个函数对象。 @V}!elV
+,c]FAx4
MxLg8,M
2^w8J w9
四. 问题分析 v]h^0WU
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。 +khVi}
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。 CXiDe)|<E
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 V*6o |#
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 {Qba`lOkq
下面我们可以对这几个问题进行分析。 z&wJ"[nOC
&TTvX%T
五. 问题1:一致性 L$t.$[~L
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?| /Z|K9a
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ^vw[z2"
M!R=&a=Z
struct holder TTagZI$
{ P(xgIMc H
// EQ [K
template < typename T > L/ g8@G
;
T & operator ()( const T & r) const `a6AES'w$
{ q:cCk#ra
return (T & )r; -JfqY?Ue_2
} `c)[aP{vN
} ; 9y}/ G
)k[{re
这样的话assignment也必须相应改动: ]xxE_B7
]y9u5H^
template < typename Left, typename Right > \RS0mb
class assignment )tm%0z7R
{ 2WUl8?f2Y
Left l; }v xRjO,
Right r; gySl.cxt
public : ]P*H,&I`#
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} f
= 'AI
template < typename T2 > hG2WxYk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } |mQC-=6t;Y
} ; qm/#kPlM
Hkrh d
同时,holder的operator=也需要改动: P"{yV?CNg
=d BK,/
template < typename T >
CH$K_\
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const rL,kDSLs
{ &q>C
return assignment < holder, T > ( * this , t); eGW
h]%
} 3Yf~5csY
7q&T2?GEN
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 6 \?GY
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 4(? Z1S
cTja<*W^xv
return l(rhs) = r; KFBBqP
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 {nMCU{*k
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: soOfk!b
o'_eLp
template < typename Tp > ]tNB^
class constant_t LfvNO/:,
{ *|OUd7P:hU
const Tp t; mKJO?7tj
public : *+%$OH,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ^|%N _ s
template < typename T > XMF#l]P
const Tp & operator ()( const T & r) const kl|m @Nxp
{ BPSie0
return t; 8/@*6J
} P N(<=v&E
} ; aJJ)ZP2+
*XI-
nH
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Et'&}NjI
下面就可以修改holder的operator=了 x<5;#
4D[(X=FSU
template < typename T > !jR 1!i
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const J ql$
g
{ 4}t$Lf_
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 79 \SbB
} ]P2Wa
Wb5n> *
同时也要修改assignment的operator() 2;7n0LOs}
=)f.Yf|A*
template < typename T2 > l'1_Fb
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } swg*fhJFB
现在代码看起来就很一致了。 G[+{[W
je74As[
六. 问题2:链式操作 n){u!z)Al
现在让我们来看看如何处理链式操作。 GG(}#Z5h
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 /tJ%gF
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 m0*_
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 q3D,hG_
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct xf;Tk
#iT3aou
template < typename T > }}LjEOvL=
struct result_1 &r!jjT
{ ]V,#>'
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 8aY}b($*ZI
} ; m[%P3
$ VeQvm*
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: L;U?s2&Y
$*j)ey>
template < typename T > z
J V>;
struct ref G)gPL]C0
{ c^~R%Bx
typedef T & reference; km,@yU
} ; l Ma||
template < typename T > ahR-^^'$
struct ref < T &> p[%B#(]9,
{ ?:7.3{|Aq
typedef T & reference; vv D515i
} ; QSvgbjdE
nc?Oj
B
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: (/|f6_9!
*X2dS
{
template < typename T > RaA7 U
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ={I(i6
{ [ z{}?
return l(t) = r(t); qJK6S4O]
} "4CO^ B
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。 rs@qC>_C0
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 `jT1R!$3F
qSQsY:]j0
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 t x1(6V&l;
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: zLjQ,Lp.I
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 4EJ6Zy![0*
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 5Y5N
最后的布局是: Zb2.o5#}
Add O/ZyWT
/ \ cN7|Zsc\
Divide 5 ,Z(J; ~
/ \ 9 j1
tcT
_1 3
e9eBD
似乎一切都解决了?不。 ;h4w<OqcM
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 | EFbT>
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 `7_s@4:
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: b@[\+P] "
XtIY8wsP
template < typename Right > ^oZD44$
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const KCfcEz
Right & rt) const $B@K
{ A
w)P%r
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); "0 {t~?ol
} bAL!l\&2
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 A"T*uv|
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 (ChL$!x
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。 p"q4R2_/jh
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。 tH9BC5+r}
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。 5x}OrfDU
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? vH vwH
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: Nk shJ2
X-5&c$hv
template < class Action > 6M@m`c
class picker : public Action ETq~,g'
{ -42jeJS
public : ?N@p~
*x
picker( const Action & act) : Action(act) {} !Baq4V?KN
// all the operator overloaded ysQ8==`38i
} ; CfjVx
x2z%J,z@4
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。 >=ng?
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: .8Gmy07
/qO?)p3gk
template < typename Right > M-NY&