一. 什么是Lambda .h*&$c/l
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 qo}kwwWN;
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, 0@xuxm/i
g%\e80~1 (
pp{%\td
I5 2wTl0
class filler 4P`\fz
{ ^?juY}rZ=|
public : WUqAPN
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} VUx~Y'b
} ; sI^1c$sBN
Ex*g>~e
=%RDT9T.
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: Y ,}p
!`aodz*PO
s:fnOMv
"
fSun{?{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); (@&|
WxXVL"
_Juhl^LM;
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 6XX5K@
1,pg:=N9
+_`F@^R_
Th!S?{v
二. 战前分析 }!.7QpA$
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。 -(1e!5_-@
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 tv;3~Y0i
-7+Fb^"L
:ss9-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); [hFyu|I!
/* --------------------------------------------- */ 7 IIM8/BI
vector < int *> vp( 10 ); :F<a~_k
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1);
=,?@p{g}
/* --------------------------------------------- */ ZW\h,8%
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); |kVxrq
/* --------------------------------------------- */ ME |"pJ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); _wX'u,HrC
/* --------------------------------------------- */ TZHqn6
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); '.^JN@
/* --------------------------------------------- */ Fx.uPY.a
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); gjs-j{*
/
Sp+MB9
pkM32v-
r+Z+x{
看了之后,我们可以思考一些问题: 95(VY)_6#A
1._1, _2是什么? QeQbO
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。 X5<L
2._1 = 1是在做什么? bqLv81 V
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。 _
!Ph1
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。 i:zA(
LpF6e9V\Wp
=l_eliM/
三. 动工 ({i|
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: t8^*s<O
0\gE^=o[
w$t2Hd
}Rf }
iG
template < typename T > '7=*n_l
class assignment $23R%8j
{ Y<M}'t
T value; %EVg.k$
public : =+"XV8Fi,
assignment( const T & v) : value(v) {} ](0A/,#q6
template < typename T2 > "/\:Fdc^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } g6*}&.&
} ; hpw;w}m
Gge"`AT
E]7G4
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 /_56H?w\
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment R'80 {
JUXK}0d%eN
W>,b1_k
c
4<O[d
class holder 3g6R<Ez
{ I]$kVa1iN
public : ,$G89jSM
template < typename T > "iKK&%W
assignment < T > operator = ( const T & t) const B$lbp03z
{ u(lq9; ;Th
return assignment < T > (t); ()SG
} koie
} ; 6: M
"fmJ;W;#1
:`uo]B"
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: c[;I\g
VX- f~
static holder _1; 0_Y;r{3m"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <vj&e(D^
I
4EocM=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); z3$PrK%
而不用手动写一个函数对象。 AU7c =
H:?
[PU.lRq
7%F9.h
_=cMa's
四. 问题分析 FB</~
g
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。 "OWq]q#
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。 1f~DUku=
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 |E}N8\Gr
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 N,;Bl&EU
下面我们可以对这几个问题进行分析。 @ojn<7W
b.t]p
五. 问题1:一致性 G.BqT\ o'
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?| sDwSEg>#B
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 t;?
q#!uc
3XA^{&}
struct holder LOOv8'%O8
{ )>?K:y8I~
// j0OxR.S
template < typename T > {X<tUco
T & operator ()( const T & r) const irL ehPX9
{ iKdC2m
return (T & )r; Cx@, J\rsQ
} PmTA3aH
} ; Ig=4Z*au!g
L>PpXTWwy
这样的话assignment也必须相应改动:
^h'
wZ7-\
rA_e3L@v#[
template < typename Left, typename Right > u''(;U[
class assignment \?}ZXKuJj
{ ABx0IdOcI
Left l; !e%#Zb
MIo
Right r; kdv>QZ
public : 2R)Y}*VX
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} le1'r>E$
template < typename T2 > s^E%Ukm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ANW a%%\T
} ; Z3Viil:
~xA'-N/
同时,holder的operator=也需要改动: )!OEa]
0Uybh.dC
template < typename T > ty"k
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const g~`UC
{ ^6obxwVG
return assignment < holder, T > ( * this , t); 0t<TZa]V
} x2tx{Z
V-)q&cbW]q
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。 iHR?]]RF
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 WSh+5](:
\=nY&Ml
return l(rhs) = r; ]xFd_OHdb
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。 @(ev``L5g
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 4|*_mC
A}W&=m8!
template < typename Tp > xKIm2% U9
class constant_t F*(<`V
{ m 'a3}vRV(
const Tp t; TMq\}k-I5
public : [P"#?7 N
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} *P9)M%
template < typename T > (m@({
const Tp & operator ()( const T & r) const 6Si z9
{ E5Z,4B
return t; (LGx;9S?
} !d^5mati)T
} ; Vw+U?
k(V#{
YP
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 (?$}Vp
下面就可以修改holder的operator=了 )5p0fw
w+[r$+z!k
template < typename T > I>fEwMk~
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const M$|^?U>cm
{ 02b v0
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); o-49o5:1
} ?7(`2=J
m~%IHWO'
同时也要修改assignment的operator() {PdyKgM
J6=*F;x6E
template < typename T2 > iN=-N=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } N^:)U"9*e
现在代码看起来就很一致了。 bW[Y:}Hk~
cO_En`F
六. 问题2:链式操作 29}(l#S}m
现在让我们来看看如何处理链式操作。 sJMT _yt;
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。 ]iYjS
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。 td%EbxJK]`
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。 V"k*PLt
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Y}ITA=L7
2Fp.m}42i(
template < typename T > DzH1q r
struct result_1 1dHN<xy
{ "Q-TLN5(
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; c]#F^(-A`
} ; ub7|'+5
T =_Hd
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: yB,$4:C
4E<iIA\x
template < typename T > 6[w_/X"
struct ref A6pPx1-&
{ <4D.P2ct
typedef T & reference; %^kBcId
} ; |3QKxS0
template < typename T > o[&*vc)
struct ref < T &> 'z>|N{-xG
{ FK{Vnj0
typedef T & reference; bw&8"k>D?
} ; Jvgx+{Xu
tg.[.vKs
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Fzt{^%\`
p0>W}+8fF
template < typename T > <$qe2FtUq
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const A )tGB&
{ 1 cvoI
return l(t) = r(t); 'QeCJ5p]
} ,l1A]Wx
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。 9jBP|I{xI
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 !.Eua3:V*
4'Potv@/
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 |@!4BA
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: f#FAi3
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 n&y'Mb
PB
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 >kU$bh.(
最后的布局是: $oDc
Add w|lA%H7`J
/ \ 4$~eG"wu
Divide 5 {mr!E
/ \ Nb(c;|nV
_1 3 j0_)DG
似乎一切都解决了?不。 CD]"Q1
t}
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。 U9[QdC
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。 J!YB_6b
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: vz[oy |{F
mu@He&w"
template < typename Right > suiO%H^t
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const .!/w[Z]
Right & rt) const CC"}aV5
{ 9kZ[Z
,=>
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ?d&l_Pa0e
} <$metN~9j
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Y=6569U2
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。 `#Z=cq^_
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。 (_1(<Jw
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。 6&