一. 什么是Lambda A5w6]: f2
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 v.5+7,4
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, 4X|zmr:A
n(]-y@X0_
;A!BVq
OZ!^ak
class filler 7VI*N)OZ8
{ pD]OT-8
public : POR\e|hRT]
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} )sp+8
} ; 0qT%!ku&
&jr3B;g!C
{[ >Kob1
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: dC4'{n|7
01o4Th m
,6W>can
/H+a0`/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); L&OwPd
{kAc(
vVcob}ZH
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 4nz 35BLr
YT8F#t8
Pr,q*_Yy
W+1^4::+
二. 战前分析 R_xRp&5
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。 /|#fejPh
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 9Lfv^V0
/JU.?M35
*k>n<p3dd
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 8sK9G`
k
/* --------------------------------------------- */ e<q?e}>?
vector < int *> vp( 10 ); eKqk= (
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ymcLFRu,
/* --------------------------------------------- */ i(+p0:< 0
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); y L~W.H
/* --------------------------------------------- */ d8x;~RA
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ?@
$r
/* --------------------------------------------- */ `pZm?}K
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); fLAw12;^
/* --------------------------------------------- */ uhutg,[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Pd]|:W< E
^L&iR0
G;XxBA
'>C5-R:O
看了之后,我们可以思考一些问题: '(jG[ry&T
1._1, _2是什么? QnX(V[
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 K)k<Rh[<
2._1 = 1是在做什么? wJY'
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 6/dI6C!
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 IRqy%@)
Hl
|z</*+
3|Xyl`i4o
三. 动工 P J[`|
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: K@w{"7}
4tmAzD
gt w Q-
t}tEvh
template < typename T > G9<X_
class assignment jsi!fx2Rm
{ Q>1[JW{$}
T value; Q#[9|A9
public : g_COp"!~9
assignment( const T & v) : value(v) {} :tv,]05t
template < typename T2 > | (_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 8E]F$.6U
} ; G+\GaY[
XACm[NY_
y9}>: pj4
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 mUF,@>o
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment XAL1|]S
N_[*H
KRDmY+
5(HG|
class holder \.#>=!Ie
{ V[vl!XM
public : R`^_(yn>
template < typename T > hSyql
assignment < T > operator = ( const T & t) const #],&>n7'
{ {o`]I>gb
return assignment < T > (t); d <JM36j?
} :1KpGj*F
} ; C#Iybg
)gy!GK
QbpFE)TYJ|
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]Xsvv
#
55c|O
static holder _1; q;>7*Y&
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 (+y
.z}~4BY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); K~ehP[^
而不用手动写一个函数对象。 P;]F(in=
`(/w y
AoL2@C.C%D
:y jKL^G>
四. 问题分析 WWHoi{q
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。 ?R.j^S^
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。 LvUj9eVb/L
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。
oc0G|
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ly3\e_z:G
下面我们可以对这几个问题进行分析。 tr}Loq\y
b |p)9&^r
五. 问题1:一致性 :^3LvPM
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?| ve2u=eQ1
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 yT9@!]^L
q 2:6QM&
struct holder \%N!5>cZ{
{ _#8RSr8'y
// RcU}}V
template < typename T > t+T4-1 3a
T & operator ()( const T & r) const .rqhi
{ dNL(G%Qj+"
return (T & )r; Z+. '>
} lHe{\N[C
} ; zz4N5["
0Bi.6r
这样的话assignment也必须相应改动: 2OR{[L*
Ayw ;N
template < typename Left, typename Right > !1{e|p
7
class assignment EkNunCls
{ ^pF&`2eD
Left l; e:n<EnT
Right r; bU:EqW\( ^
public : k=JrLfD4
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} (VEpVn3{
template < typename T2 > \Vy Z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Zxs|%bQ
} ; ^^as'Dk
0C
irfcs}Z
同时,holder的operator=也需要改动: bITPQ7+
hp7|m0.JW
template < typename T > dj7hx"BI
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const mA+&Io
{ L`p4->C9A
return assignment < holder, T > ( * this , t); D rHVG
} *%fi/bimG
v>Yb/{A
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。 <[\`qX
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 v|%Z+w
[] `&vWZ
return l(rhs) = r; =JbRu|/
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。 dq&yf7
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: vAh6+K.e
,3p~w5C/+[
template < typename Tp > BJsz2t :0
class constant_t W;L7SF g)
{ C|).;V&
const Tp t; 1&)?JZhg
public : nvJf/90$
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ]?+p5;{y4
template < typename T > !K}~/9Z=m
const Tp & operator ()( const T & r) const (ehK?6[
{ `W:%mJd9
return t; ?:8ido#-
} +*T7@1
} ; aM2l2
;q:zT\A
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 $M lW4&a|
下面就可以修改holder的operator=了 Ax?y
O%(fx!c`
template < typename T > kabnVVn~
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const uK$9Ll{lk
{ q[`]D7W
"
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 6[LM_eP
} vCxD~+zf
1[qLA!+
同时也要修改assignment的operator() UAFwi%@!-q
K/b_22]CC
template < typename T2 > s'a/j)^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Z
X(z;|l45
现在代码看起来就很一致了。 gp^5#
d + / &?3
六. 问题2:链式操作 wNtx]t_M
现在让我们来看看如何处理链式操作。 c5l.B#-lY
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 {VvqO7 A
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 cU@SIJ)
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 [}/LD3
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct u7\J\r4,+
/#-C4"|
template < typename T > Q}K#'Og
struct result_1 {QZUDPPR
{ *4xat:@{{
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; SHbtWq}T
} ; ~\.w^*$#Y
^3{TZ=_;|
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: N#7QzB9]
#PanfYR
template < typename T >
lBhLf@
struct ref X1Ac*oLN
{ r>"
typedef T & reference; *x])Y~oQ
} ; ?^$MRa:D
template < typename T > &nkW1Ner9
struct ref < T &> OCJnjlV%
{ O<"}|nbmQ[
typedef T & reference; 7,|c
} ; OQT;zqup
Fpa;^F
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: #u"k~La
j>x-"9N
template < typename T > T[uiPs/xD
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const !z<%GQ CT
{ 9C[ywp
return l(t) = r(t); lR[qqFR
} =%gRW5R%
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 "D'B3; uWK
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 I8/DR z$A
n;U`m$vL%
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 Tekfw
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: h0-hT
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /D^"X
4!"
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 :GW&O /Yo
最后的布局是: ?)[EO(D
Add %1O[i4s:-
/ \ 9h%?QC
Divide 5 (+u39NQV
/ \ J-)
XQDD
_1 3 T
G{k0cdOT
似乎一切都解决了?不。 t{FlB!jv
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ;._7jFj.
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 8&~~j7p,
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: >teOm?@U
\ZhfgE8{%
template < typename Right > ~r$jza~o(
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ]Xf% ,iu
Right & rt) const UIAj]
{ x-<)\L&
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); .YnFH$;$
} \&3"<6xA
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 J.dLPKU;-
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。 CI
:`<PZ\-
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。 Sh,&{z!
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。 'd&0Js$^
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。 \nB8WSvk2W
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? 4jBC9b}O
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: <