一. 什么是Lambda xFnMXht
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 B9-=.2.WU
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, !7D S
nQ6'yd"
}@4*0_g"Aw
4v
.6_ebL
class filler 5gEK$7Vp
{ vX%gcs/@
public : ZQ/5]]}3y
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} eL!6}y}W
} ; 7 #N
@B
c6|&?}F
jL1UPN
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: eu;^h3u;b
B~rK3BS
G_]mNh
p(>'4#|qy
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 2S/ 7f:
ZC-N4ESr
F6/bq/s
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Nh%8;
v~3q4P
NKrk*I"G
j!rz@Y3
二. 战前分析 )-oNy-YL
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 h,g~J-x`|
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 ZAwl,N){
w@We,FUJN
z_TK
(;j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); yfrgYA
/* --------------------------------------------- */ 8%Lg)hvl
vector < int *> vp( 10 ); 7Cjrh"al"
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); g9JtWgu
/* --------------------------------------------- */ fM{Vy])J
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ?K"]XXsI
/* --------------------------------------------- */ jF8ld5|_|
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); @P?*<b{
/* --------------------------------------------- */ ^D)C|T
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 3t'K@W?AJh
/* --------------------------------------------- */ [<t*&Kr+o
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); '%N
p9Iqt
N1rrKyL!$
%LyB~X
V
ALYA=w/
看了之后,我们可以思考一些问题: WRCi!
1._1, _2是什么? iatQHn>(
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。 JI(|sAH
2._1 = 1是在做什么? dXhV]xK
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。 C{-pVuhK+
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。 78wcMQNX9
BlCKJp{m$
QPnc "!
三. 动工 o^D{WH\p
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: UpbzH(?#
^.Q),{%Xo
Aj_}B.
dhbJ1/z^
template < typename T > ux=@"!PJ
class assignment S{ !hpq~o
{ (TPD!=
T value; Bb)J8,LQ
public : n)yqb
assignment( const T & v) : value(v) {} ,ic}
template < typename T2 > 7VraWW`H'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } V#gXchH[L
} ; xS'So7: h
[Pay<]c6g
=*pu+o,?
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 n~Ix8|S h
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment xUYSD
TocqoYX{{
k6XO-a f
X'Oo ogu
class holder !jm
a --
{ G>b1No3%k
public : UOyP6ej
template < typename T > U4gZW]F
assignment < T > operator = ( const T & t) const `#hy'S:e
{ ]?2AFkF
return assignment < T > (t); XB?!V|bno
} -Ac^#/[0
} ; U
w)1yzX
^VQiq7 xm
*T3"U|0_ y
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: {221@ zcCq
"F^EfpcJ{9
static holder _1; S$Wd}2>
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 < mxUgU
Ur@3_F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =o {`vv
而不用手动写一个函数对象。 G} p~VLf
C/XOI>
pT
<H&
&8N\
6K=
四. 问题分析 U!h!z`RU54
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 5g=" #
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 V:lDR20*\
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 >v(Xc/oI
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ^0 t`EZ$
下面我们可以对这几个问题进行分析。 |laqy`D
FUQT ,7CA
五. 问题1:一致性 -Bc.<pFqp
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?| *oF{ R^
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 V1+IqOXAIp
L:31toGK
struct holder R
.,w`<<
{ '{|87kI
// Cs$g]&a
template < typename T > $]_=B Jyu
T & operator ()( const T & r) const
@`T6\ 1
{ 4#o` -vcW
return (T & )r; ji1A>jepF
} 7M4iBk4I
} ; U|>Js!$
zw0p}
这样的话assignment也必须相应改动: ka (xU#;
EV}%D9:
template < typename Left, typename Right > Xd4~N:
class assignment - na]P3 s
{ ow&R~_
Left l; Uc/%4Gx
Right r; v;OA hF r|
public : I;No++N0
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} %c&h:7);
template < typename T2 > 3KqylC&.
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } iaMZ37
} ; g3y44GCV
KMZ% 1=a
同时,holder的operator=也需要改动: hfY2pG9N
! _QU-
template < typename T > @E}4LTB
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const se?nx7~
{ _H-Lt{k
return assignment < holder, T > ( * this , t); ;2U`?"
} 2JbCYCTC
]`lTkh
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。 O)hNHIF
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 iM\W"OUl[
8r~4iVwg
return l(rhs) = r; rtPQ:CaA)?
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。 wy7f7zIa
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: v
+7<}
a{y;Ub
template < typename Tp > P:Bg()
class constant_t /u?^s "C/
{ n|8fdiK#}
const Tp t; 5y.kOe4vH
public : |kjk{
constant_t( const Tp & t) : t(t) {}
Eg
;r]?|6
template < typename T > DlaA-i]l
const Tp & operator ()( const T & r) const lK{h%2A\b
{ Z/%>/
return t; Hi
)n]OE
} rK"x92P0
} ; 1>n@`M8}
IF<jq\M
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 -?j'<g0
下面就可以修改holder的operator=了 XXO
|_Vlw&qu+
template < typename T > f-
_~rQ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 1;>J9
{ sVGyHA
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); m'Ran3rp
} Ug/b;( dJ'
qg|SBQ?6
同时也要修改assignment的operator() ]c*&5c$
Z[ys>\_To
template < typename T2 > =ove#3
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } /op8]y
现在代码看起来就很一致了。 KZ&{Ya
SDZ/rC!C
六. 问题2:链式操作 H>2)R7h
现在让我们来看看如何处理链式操作。 \\6/"
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。 >]FRHJo_
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。 Y\s@'UoVN
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。 <&B)i\j8=b
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct G/b
$cO}
,|D<De\v&
template < typename T > '?4B0=
struct result_1 "HlT-0F
{ 1a`dB
~>
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; rxt)l
} ; n%A)#AGGc
u`g|u:(r
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: {ZB7,\
nzU^G)
template < typename T > "OkJPu2!W
struct ref Nvw'[?m
{ \Gg6&:Ua
typedef T & reference; udgf{1EB&2
} ; "luMz;B
template < typename T > \s<L2uRj
struct ref < T &> b{_J%p
{ mqQN*.8*
typedef T & reference; 4~4D1
} ; bs/Vn'CE
"5,'K~hz
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ^Yul|0*J
zr2oU '+
template < typename T > yCpU173V
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Dwn.0|E
{ 'b~,/lZd
return l(t) = r(t); DJR_"8
} 0F/o
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。 >We4F2?
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 D5^wT>3>
q-}qrg
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 4J{6Wt";
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: $9bLD
>.
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 c <Fr^8
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 /?VwoSgV^
最后的布局是: g[4pG`z
Add vq=nG]cE)
/ \ EZypqe):/C
Divide 5 +8h!@
/ \ 54r/s#|-3
_1 3 q8#zv_>K
似乎一切都解决了?不。 Qq+$ea?>
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。 x}B3h9]
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_1GSS1
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: hv
(>9N
7Ji|x{``
template < typename Right > Y`3V&8X
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 8#L
V
oR
Right & rt) const vY)5<z&
{ t>Lq
"]1
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); n<3qr}ZG^
} RzhAXI=
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 #g=7fu{n:
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。 wwaw|$
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。 h9RL(Kq{
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。 :J6 xYy$
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。 $raq,SP
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? P.aN4 9`=
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: S\io5|P
RqB 8g
template < class Action > A{|^_1
class picker : public Action A*^aBWFR
{ /F@CrNFb(
public : 4 '"C8vw.
picker( const Action & act) : Action(act) {} }l"pxp1K
// all the operator overloaded Ui|z#{8&
} ; *be"$Q
Opavno%&
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。 ?`hA :X<
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: h(C@IIO^;G
lWPh2k
template < typename Right > YpJJ]Rszg
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const VDT.L,9
{ *\gYs{,
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); +cWo^ d.
} g|TWoRx:
3Zdwt\OQ
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 717S3knlv
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。 O#MaZ.=
N1iP!m9Q
template < typename T > struct picker_maker )5Wt(p:T6_
{ 1Be/(pSc
typedef picker < constant_t < T > > result; m941 Y
} ; vB<9M-sa0
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ghGpi U$
{ pF/s5z
typedef picker < T > result; q{Ao
j
} ; P"[\p|[U
k@Qd:I;;
下面总的结构就有了: &ea6YQ
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。 DrK@y8
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。 #?"^: ,Y
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 OMfw#
至此链式操作完美实现。 ,J(shc_F
?[?;%Y
d0V*[{
七. 问题3 wU(p_G3
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。 l=UXikx
:lW8f~!
template < typename T1, typename T2 > nD.K*# u
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Yz)+UF,
{ 4OeH}@ a
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); v`hn9O
} [nA1WFfM
%0Ibi
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: BEtFFi6ot
@.)WS\Cv#E
template < typename T1, typename T2 > 0oQJ}8t
struct result_2 @d|3c7` A
{ 8 qlQC.VA[
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; y!8m7a
} ; E(F?o.b
jP#I](\eG
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? `*WzHDv5p
这个差事就留给了holder自己。 IY
hwFw
5O
hx! :F"#
NY?pvb
template < int Order > 'i<%kL@
class holder; \NZ@>on
template <> $MqEM~^=
class holder < 1 > !K6:5V%q$
{ \1sWmN6
public : n"w>Y)C(X)
template < typename T > 0YZ66VN!
struct result_1 :{,k F
{ v]\T&w%9
typedef T & result; ioBYxbY`
} ; ^+w1:C 5
template < typename T1, typename T2 > 3tW}a`z9
struct result_2 ivg W[]
{ ''($E/
typedef T1 & result; xwub-yz
} ; yMEI^,0"
template < typename T > :}-VLp4b
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const rn]F97v@]
{ ,]tEh:QC
return (T & )r; !5
?<QKOe
} 3N?"s1U
template < typename T1, typename T2 > iUbcvF3aP
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const iD.p KG
{ cx[[K.
return (T1 & )r1; xFcW%m>9C
} ):\+%v^
} ; 5?A<('2
`(r0+Qx
template <> 8=)9ZjfD
class holder < 2 > +~EnrrT+W
{ ;6$W-W _
public : uS JLIb
template < typename T > =gC% =
struct result_1 Tol V3
{ /[5\T2GI
typedef T & result; GX'S4B
} ; 1,Jy+1G0w
template < typename T1, typename T2 > >y+?Sz!
struct result_2 @O/"s~d-
{ Wcbm,O4u
typedef T2 & result; 'U,\5jj'Y
} ; \!"3yd
template < typename T > Wo Z@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 5S[:;o
{ x\IuM
return (T & )r; k*OHI/uiow
} >`^;h]Q
template < typename T1, typename T2 > ?69E_E
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ^B8[B&K
{ [b3$em<^JV
return (T2 & )r2; 7Y)i>[u3
} V/xjI<