一. 什么是Lambda BF>T*Z-Ki
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 F|9a}(-7
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, r}Ltv?4
nMLU-C!t
Sb^a dd0dT
{npOlV
class filler \MF3CK@/
{ JATS6-Lz`
public : .V7Y2!4TE
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} <1TlW
~q<
} ; !,I7 ?O
ZBPd(;"x+
LAj}kW~
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: Oib[\O7[z
bN]\K/
O}e|P~W
(\T8!s{AO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); w{RNv%hJ$=
q/A/3/
O 0Vn";Q 4
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 )j]gm i"
*sjj"^'=
HI}pX{.\
i-|/2I9 %
二. 战前分析 ,xm;JXJ
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 )-MA!\=<
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 7YoofI
u}Lc|_ea`
0TpBSyx.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); `\Uc4lRS
/* --------------------------------------------- */ Iq^~
vector < int *> vp( 10 ); c(QG4.)m
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ?ykVf O'
/* --------------------------------------------- */ [Od>NO,n+]
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); vx({N?
/* --------------------------------------------- */ 4x=V|"
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Pn~pej5'K
/* --------------------------------------------- */ 8XLxT(YFIs
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); nh _DEPMq
/* --------------------------------------------- */ Ry3+/]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ORUWslMt
Bu*W1w\
a7ub.9>
|Ba4 G`
看了之后,我们可以思考一些问题: WZfk}To1#
1._1, _2是什么? }|w=7^1z
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 p~,a=
2._1 = 1是在做什么? |#Yu.c*
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 eD>-`'7<
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 } S'I
DHla
Km|9Too
6n2Vx1b
三. 动工 _C7abw-
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: n's2/9x
(OM?aW
.6lY*LI
Y&ct+w]%
template < typename T > MAm1w'ol"
class assignment oO! 1
{ dSA
[3V
T value;
z*??YUT\M
public : D#vn {^c8O
assignment( const T & v) : value(v) {} tJ(c<:zD
template < typename T2 > @d8&3@{R^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } -D.BJ(
} ; gb!@OZ c
eONeWY9
.y/NudD
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 rCnV5Yb0O
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment B|Rpm^|
8GF[)z&|P:
[[Jv)?jm
.ruz l(6
class holder rw}5nv
{ qv
;1$
public : ')1}#V/I
template < typename T > W TXD4}
assignment < T > operator = ( const T & t) const ?~]1Gd
{ H{Y5YTg]
return assignment < T > (t); u8{@PlS
} Mipm&5R
} ; +O.&64(
S*2L4Uj`|
9TbS>o
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: :FKYYH\
thlpj*|
static holder _1; teQaHe#
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 .g(\B
Pq[0vZ_}dN
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); NIWI6qCw
而不用手动写一个函数对象。 ]ut-wqb{p
i5>J
E7Gi6w~\
%>I?'y^
四. 问题分析 >[E|p6jgT
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。 Y*5@|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。 M&}oat*
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 _!$Up
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Z;"4$@|qE
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ^w&5@3d
O3<Y _I^
五. 问题1:一致性 c4qp3B_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?| M'>D[5;N~
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 \M'bY:
V{AH\IV-
struct holder r0hta)xa
{ Je4.9?Ch
// |)!k@?_
template < typename T > dc\u$'F@S
T & operator ()( const T & r) const Yt O@n@1
{ u75)>^:I
return (T & )r; <L!~f`nH2
} U4^p({\|-
} ; ]U^d 1&k
\^;|S
这样的话assignment也必须相应改动: gn[$;*932z
n_xa)
template < typename Left, typename Right > <De3mZb
class assignment cciAMQhA
{ @3expC
Left l; 5.C[)`_
Right r; P98X[0&
public : -UD~>s
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} NZ%~n:/V#
template < typename T2 > ?V\9,BTb)
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } KHc/x8^9
} ; "[".3V
}G,SqpcG
同时,holder的operator=也需要改动: ~\@<8@N2a6
:}3qZX
template < typename T > iuU3*yyn
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const :UJUh/U
{ Fl 'xmz^
return assignment < holder, T > ( * this , t); #by9D&QP]
} jt10gVC
^b `>/>
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。 [WO%rO^p
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 MRVz:g\mi
)o'U0rAx|a
return l(rhs) = r; &"H<+>`
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。 x9o^9QJh
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: xJH9qc ME
-Y jv&5
template < typename Tp > 0@mX4.!
class constant_t l~Wk07r3
{ GHgEbiY:
const Tp t; Y9co?!J 5M
public : Y=WN4w
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} +{Vwz
template < typename T > I$6
f.W
const Tp & operator ()( const T & r) const :9rhv{6Wp
{ ubN"(F:!-S
return t; SU#P.y18%
} X-ki%jp3
} ; Zm8
u:
Sfr\%Buv
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 lJ>QTZH!wW
下面就可以修改holder的operator=了 `6S=KRv
BqEubP(si
template < typename T > <cfH'~
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const J!K/7uS
{ X^_+%U
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); xO9]yULgu
} Z\gg<Q
d`],l\oC
同时也要修改assignment的operator() IIt^e#s&
m|cWX"#g
template < typename T2 > b\|p
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } "/K&qj
现在代码看起来就很一致了。 cT=wJ
#NQz&4W
六. 问题2:链式操作 ,w/mk$v
现在让我们来看看如何处理链式操作。 nXeK,C
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。 gq:TUvX
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。 <11Tqb
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。 J&U0y
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 8,H5G`
t ]I(98pY
template < typename T > vhquHy.qi#
struct result_1 ^qN1~v=hS
{ []N$;~R7
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; /HJ(Wt
q
} ; 4ysdna\+
I#hg(7|",
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: C=_-p"O#
:_YG/0%I
template < typename T > a$ ! {Tob2
struct ref % x*Ec[l
{ 3ws(uF9$
typedef T & reference; Iv|WeSL.
} ; "KI,3g _V
template < typename T > 53+rpU_
struct ref < T &> 0)Um W{
{ VU0tyj$
typedef T & reference; J)yy}[Fx
} ; lbuW*)
=UKR<@QrK
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: m<'xlF
Md?bAMnG+}
template < typename T > _kY[8e5
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const dV=5_wXZ$
{ %WT:RT_
return l(t) = r(t); qfH~h g
} 0|>
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。 |e[0Qo@
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 &'ETx"
.s*EV!SE
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 \^( vlcy
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 7 KdM>1!
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Q|H cg|
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 /,@v"mE7c!
最后的布局是: E+c3KqM
Add z&vms
/ \ Qu>zO !x
Divide 5 y=qo-v59'
/ \ n]fbV/ x
_1 3 ]GRq
似乎一切都解决了?不。 &@iF!D\u
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。 @SG="L
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\.1m9&r>o
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: \lakT_x
&?Z)V-1H
template < typename Right > <