一. 什么是Lambda y O?52YO
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ZfIeq<8_
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, 3})0p
ou'|e "tI
82Nw6om6i
mi{ r7.e5I
class filler ogKd}qTov
{ .aqP=
public : %p.hwgvnp
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} e!*%U=[Q
} ; &5;y&dh
9mH+Ol#(
H3"D$Nv
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: I45\xP4i
$^"_Fox]A\
4xNzhnp|
e.^Y4(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); lIF*$#`oh*
H!ISQ8{V
(Qys`D
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 wa4(tM2
f Tc,"{
U?Icyn3q0
N?;5%pG
<
二. 战前分析 #2*2xt
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。 6J%+pt[tu
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 h 66X746
)|zna{g\
/!Kl
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ec` $2u
/* --------------------------------------------- */ 0Ku%9wh-
vector < int *> vp( 10 ); ?*8HZ1m#
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); g$ oe00b
/* --------------------------------------------- */ xiPP&$mg
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); )\TI^%s
/* --------------------------------------------- */ Q35/Sp[;x
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); pJ 1Q~tI
/* --------------------------------------------- */ nu#_,x<LS
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 2<@27C5
/* --------------------------------------------- */ t7p`A8&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); #dgWXO
H -,RzL/
*AU"FI>V
qm)KO 4
看了之后,我们可以思考一些问题: (g@e=m7Q
1._1, _2是什么? sm>Hkci%
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 9GZKT{*
2._1 = 1是在做什么? Y(]&j`%
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 )ccdfSe
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ,e
~@
%8V/QimHU
df7z&{R
三. 动工 O$%C(n(
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 9R"bo*RIS
2Ax HhD.
$[Fh|%\
M#qZ0JT4
template < typename T > F62arDA
class assignment 8F<Qc*'
{ 8P 3EQY-
T value; <L__;j1Wx
public : PaEsz$mgy
assignment( const T & v) : value(v) {} 8<t?o'9I
template < typename T2 > %&"_=Lc
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Nky%v+r
} ; T]nZ3EZ
d%9r"=/
J|Lk::Ri
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ujcNSX*
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment &Sc}3UI/F
t?v0ylN
%rTXT
U3^T.i"R
class holder ,7pO-:*g
{ %&^F.JTt\
public : &,fBg6A%
template < typename T > hSD)|
assignment < T > operator = ( const T & t) const 0=s+bo1
{ oj<.axA,
return assignment < T > (t); *kxk@(lT?
} H#G~b""mY
} ; _-Aw`<_*-
awXL}m[_!
%.b)%=
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: FI~)ZhE)]
A"C%.InZ
static holder _1; Gz!72H
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 0ldde&!p
wLU w'Ai
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); q[q#cY:0
而不用手动写一个函数对象。 /,= wP)
R6)p4#|i
qEf)TW(
:%A1k2
四. 问题分析 "^<:7 _Y
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。 GA6Z{U{XS
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。 bK("8T\?
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 42Vy#t/HC
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 "`,PLC
下面我们可以对这几个问题进行分析。 K~@-*8%
pLBp[GQ
五. 问题1:一致性 bR*T}w$<
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?| 3VA8K@QiRm
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 8+
B. x
Iu(T@",Q#
struct holder ?GD{}f33
{ 5]p>&|Ud
// m3 (fr
template < typename T > Nf0b?jn-
T & operator ()( const T & r) const J`} /+WN 7
{ F>n<;<
return (T & )r;
O\]CfzR
} O`t ]#
} ; MJV&%E6{:{
+2B{"Czm
这样的话assignment也必须相应改动: RURO0`^
Zi@?g IiX
template < typename Left, typename Right > tI{
n!
class assignment f5wOk&G
{ qg:1
Left l; na
$z\C\
Right r; k%NY,(:(
public : vCbqZdy?
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} kZ`60X%wE
template < typename T2 > HQ@X"y
n
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } cdzzS?$)
} ; Ao`9 fI#q
3{on$\
同时,holder的operator=也需要改动: m++VW0Y>
L V33vy
template < typename T > c4L5"_#`x-
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const e#kPf 'gL
{ o0s+ roiD
return assignment < holder, T > ( * this , t); X@af[J[cQ
} }6C&N8f
go2:D#mf
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 pl
q$t/.U;
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 q*Ns]f'a
z>~`9Qiw'
return l(rhs) = r; ?PyI#G
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。 vWe)c J
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: % OiSuw
Pm+H!x,
template < typename Tp > "St, 4b
class constant_t HOykmx6$
{ Om>6<3n
const Tp t; ^x4,}'(
public : T{sw{E*
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Cd|V<BB9
template < typename T > ]jY->NsA]
const Tp & operator ()( const T & r) const fcJ#\-+E
{ cQ3Dk<GZ
return t; QhpE 2ICU
} |P5?0{
} ; q G=`'%,m
g[H7.
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 .%WbXs
下面就可以修改holder的operator=了 a}jaxGy
2{+\\.4Evk
template < typename T > r(cS{oni
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 20% xD e
{ %@H;6
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ua4QtDSs
} fKrOz!b
qMI%=@=
同时也要修改assignment的operator() tV#x{DN
]lZ!en
template < typename T2 > $ZQP f
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Q6.},o
现在代码看起来就很一致了。 O^U{I?gQ
og2]B\mN4
六. 问题2:链式操作 8uT@$./
现在让我们来看看如何处理链式操作。 m{R`1cN=Hg
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。 g<UjB
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。 !u\ X,.h
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。 1S.nqOfx
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct -fG;`N5U
lD
!^MqK
template < typename T > Y#?Sqm(
struct result_1 5p= T*Y
{ s\>$ K%!H?
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; W J^r~*r
} ; /A<L
O]^E%;(]}i
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: $+7MY-9T
GW`9SB
template < typename T > 6\b B#a
struct ref LRB#|PW
{ 8Jxo;Y
typedef T & reference; 8LR_K]\
} ; FeSe^ ^dW
template < typename T > HRPTP+
struct ref < T &> f&{2G2O%
{ ;uDH&3W
typedef T & reference; Et`z7Q*e
} ; 0[9A*
;'R{b$B;|
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Wl::tgU
jk 9K>4W
template < typename T > t[iE >
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const
Sn" 1XU
{ 9:YiLoz?
return l(t) = r(t); yy/wSk
} V\)@Yk2
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。 [<f\+g2ct
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 /-G;#Wm
'iUfr@
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 r-&4<=C/N
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: x:@Ht TX
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 EiIbp4*e
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 -4;{QB?
最后的布局是: wdl6dLu
Add X#gZgz ='
/ \ 0(:"q!h
Divide 5 /`}C~
/ \ CKNH/[ZR,
_1 3 xr)kHJ:v
似乎一切都解决了?不。 [
o3}K
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。 2$=?;~
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ?&"cI5-
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: \W}?4kz
^<[oKi;>
template < typename Right > /Q})%j1S0
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const xREqcH,vU
Right & rt) const ,R ]]]7)+
{ "%-HZw%X
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Q5{i#F7nJm
} 8WfF: R;
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 EJb"/oLla
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 "2N3L8?k
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 ) dwPD
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 B5zu?AG
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 SYeCz(H>d
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? %L<VnY#%u
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: nWmc
H_vOZ0
template < class Action > uTBls8
class picker : public Action WI](a8bm
{ >umcpkp-h
public : X.%Xi'H
picker( const Action & act) : Action(act) {} [$OD+@~A2
// all the operator overloaded j}#48{
} ; I6{}S6
b ]1SuL
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。 T"dX)~E;
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: o/2\8
dxUq5`#G,
template < typename Right > ShF
][v1L
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 3yZtyXRPn
{ v9u/<w68!
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ?U iwr{Q
} 573wK~9oMh
%n=!H
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 'nBJ[$2^
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 qs\
&C
.A&Ey5
template < typename T > struct picker_maker EYcvD^!1g
{ "7l p|0I
typedef picker < constant_t < T > > result; @@'zMV%
} ; zf5s\w.4
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > /n/U)!tp
{ lVARe3#
typedef picker < T > result; DTlM}
} ; nxA]EFS
tA3]6SIK@
下面总的结构就有了: ]J~37 35]
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 %*oz~,i
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 nwOr
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 [o*u!2 r
至此链式操作完美实现。 o3]B/
NA]7qb%%<
C!Y|k.`p
七. 问题3 7iLm_#M
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 #-
z*c
fP&F$"o8
template < typename T1, typename T2 > slOki|p;
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const " 5synfO
{ f8lB xK
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); \-#~)LB]M
} $io-<Z#Q
(=QaAn,,R
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: rf@/<Wu
U#Wc!QN-t
template < typename T1, typename T2 > G"5Nj3vd
struct result_2 F$ZWQ9&5U0
{ mkk74NY
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; p<Ah50!B
} ; ?"{+m
Jk}L+Xvv
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? e%R+IH5i
这个差事就留给了holder自己。 2^ ^;Q:
oeDsJ6;
= EyxM
template < int Order > 9(|[okB
class holder; xGk@BA=0<
template <> e&OMW,7
class holder < 1 > `yP-,lA$
{ 'uo `-Y
public : $a15
8
template < typename T > 0Y)b319B
struct result_1 9(ZzwkD'>
{ ,^26.p$
typedef T & result; @Sq=#f/=
} ; >, 234ab=d
template < typename T1, typename T2 > i_`YZ7Hxp
struct result_2
#7lkj:j4
{ $C9<{zX
typedef T1 & result; yZ0; \Tr*J
} ; -fL|e/
template < typename T > [O"i!AQ
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const Jgtvia
{ :{_Or'L
return (T & )r; L9Fx
Lw41
} iN`/pW/JE
template < typename T1, typename T2 > O3bK>9<K
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const Se0/ysVB
{ &U4]hawbOU
return (T1 & )r1; AU87cqq
} Q Aygr4\X^
} ; U|{WtuR
aI8wy-3 I
template <> &=$8
v"&^
class holder < 2 > &sS k~:
{ w2+RX-6Ie
public : s$H5W`3
template < typename T > <(BA ws(X
struct result_1 _&
KaI }O
{ B{)Du
:)
typedef T & result; $ZcmE<7k
} ; {H])Fob
template < typename T1, typename T2 > elKQge
struct result_2 c}QQ8'_
{ JSGUl4N
typedef T2 & result; U-WrZ|-
} ; ,P auP~L
template < typename T > 1+y&n?
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const & RROra
{ F6%rH$aS
return (T & )r; QRdb~f;<hj
} m.V mS7_I
template < typename T1, typename T2 > jDXmre?
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const QtN 0|q{af
{ zR{TWk]
return (T2 & )r2; =602%ef\
} oK(ua
} ; *Gu=O|Mm
8De
`.!Gg
X,y$!2QI
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 xPb`CY7
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: W]M[5p]*
首先 assignment::operator(int, int)被调用: .Bi7~*N
X0!48fL*
return l(i, j) = r(i, j); R0/~)
P
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) YO,GZD`-o
B"Fg`s+]U
return ( int & )i; K} ;uH,
return ( int & )j; .S5&MNE
最后执行i = j; 'fVk1Qj^
可见,参数被正确的选择了。 /1OhW>W3eH
}'@*Ol j
]h|GaHiE
Pt1Htt:BE
Q7DkhKT
八. 中期总结 MT&i5!Z
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: q g%<>B&"
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 4Yn*q~f
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 G7),!Qol
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor ](a<b@p
,$*IJeKx
_Y~+ #Vc
Fe/*U4xU
c^=,@#
&