一. 什么是Lambda F;_c x
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ;%0kzIvP
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, </'n={+q
0xZ^ f}@L
^P{y^@XI
I:t?# )wl
class filler Jt}`oFQ5l
{ :2KPvp7?
public : i+(>w'=m
void operator ()( bool & i) const {i = true ;}
kMW9UUw
} ; )*_G/<N)|
.(/HU Qn
aA$\iFYA
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: P$z%:Q
;i.MDW^N
tQG'f*4
GH':Yk
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 5=*i!c
_m
<#8}![3Q
<}RD]Sc$1
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 HY_>sD
CF3x\6.q}
R<fF
^^
p8XvfM
二. 战前分析 4RctYMz
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 -uN{28;@
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 6|lsG6uf
8g:VfzaHu
13 h,V]ak
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 8+Tv@
/* --------------------------------------------- */ ]O}e{Q>
vector < int *> vp( 10 ); XzIC~}
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); i`52tH y_
/* --------------------------------------------- */ ie[X7$@
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); dLGHbeZ[(
/* --------------------------------------------- */ =^p}JhQ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 9BP'[SM%),
/* --------------------------------------------- */ gJp6ReZ#
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); O`Qke
Z}
/* --------------------------------------------- */ T*@o?U
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 02J(*_o
_R|_1xa=
EKO'S+~
:LB*l5\
看了之后,我们可以思考一些问题: ~)#E?:h5
1._1, _2是什么? LK4NNZf7
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。 ">!pos`<C
2._1 = 1是在做什么? uO]|YF
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。 vn*K\,
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。 ysi=}+F.
IAzFwlO9
p2(ha3PW
三. 动工 fJ\?+,
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ] 7[#K^
*.eeiSi{
E$z- |-{>
TDZ==<C
template < typename T > Y,L[0%
class assignment X]9<1[f
{ lH?jqp
T value; q {}5wM
public : 3]'ab-,Vp
assignment( const T & v) : value(v) {} t$,G%micj
template < typename T2 > Uc_}="
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } uv-O`)
} ; @i> r(X
Z3MhHvvgp{
F5+FO^3E
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 W4av?H
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment wO.d;SK
7bbFUUUG"
HCrQ+r{g
9;I%Dv
class holder CAvi P61T
{ Rs{8vV
public : LEjq<t1&
template < typename T > 9i 9
,X^=
assignment < T > operator = ( const T & t) const %'g)MK!e
{ %Iflf]l
return assignment < T > (t); "oiN8#Hf
} _vb'3~'S
} ; ?fP3R':s
qT$ IV\;_
yogL8V-^4
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: *w.":\P]
,]ySBAO
static holder _1; \"RCJadK
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 _#v"sGmN
l]D$QT3
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 'bLP#TAzf
而不用手动写一个函数对象。 j&/+/s9N
lijTL-3
_:NQF7X#ug
OO?N)IB@
四. 问题分析 :4)x
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ks phO-
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 :qqG%RB
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 nu+^D$ait
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 3rFku"zT$
下面我们可以对这几个问题进行分析。 |xZu?)M4
`peR ,E
五. 问题1:一致性 0+qC_ISns
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?| 'OTZ&;7{
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ^Os }sJ*5S
Qp[
Jw?a
struct holder p),*4@2<
{ E0 VAhN3G\
// u59l)8=
template < typename T > {R63n
T & operator ()( const T & r) const ny+r>>3Td
{ mzM95yQ^Z
return (T & )r; ZZ{c
} %U}6(~
} ; jK/FzD0-
"|J6*s
这样的话assignment也必须相应改动: 4yqYs>
XP!m]\E&I
template < typename Left, typename Right >
{E(2.'d
class assignment #r"|%nOfY
{ h4KMhr
Left l; \kUQe-:he
Right r; _IOUhMo
public : 3^&`E}r
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} k ?6d\Q
template < typename T2 > SXl~lYUL
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } (O(TFE5^
} ; M0C)SU5"
PHT<]:"`<
同时,holder的operator=也需要改动: 'l!\2Wv2
l,Y5VGiH#
template < typename T > Wk3-J&QbS
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 2brY\c
F
{ r{d@74
return assignment < holder, T > ( * this , t); CeOA_M
} Go:(R {P
!nJl.Y$
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。 am3JzH
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 #E=8kbD7
i"
u|119
return l(rhs) = r; i Pr(X
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。 VfJ{);
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: A9SL|9Q
n2-+.9cY
template < typename Tp > (i(E~^O
class constant_t 2+)h!y]
{ mh[,E8'd
const Tp t; `{K-eHlrM9
public : b@4UR<
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} !D{z. KO
template < typename T > }m?Ut|
const Tp & operator ()( const T & r) const =ZU!i0
K
{ SfPQ;s'
return t; , vvfk=-
} 8Vn
} ; 1V[ZklS
saZK+kD4I
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 q[P> s{"
下面就可以修改holder的operator=了 QaEiP n~
A0A|c JP
template < typename T > h"8[1
;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ZBY}Mz$
{ L3Y2HZ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); C^'r>0
} /<[_V/g[t?
ZHeue_~x4
同时也要修改assignment的operator() Uv.Xw} q
s/J7z$NEU
template < typename T2 > $1d{R;b[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } O\o@]
现在代码看起来就很一致了。 Cb<7?),vK
or;VmU8$zb
六. 问题2:链式操作 3j$,L(
现在让我们来看看如何处理链式操作。 hmLI9TUe6
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。 Kc^ctAk7;
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。 P%yL{
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。 kzUj)
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Oz_CEMcy
3;}YW^oXq
template < typename T > "#0P*3-c
struct result_1 RWM~7^JA
{ yVn%Bz'
[
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; =z9,=rR4
} ; _a"|
:kX
jZidT9[g
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: txnH~;(
u w8g%
template < typename T > 8R\6hYJ%F
struct ref [D+PDR
{ GFbn>dY
typedef T & reference; G] tT=X[
} ; b9i_\
template < typename T > $$4flfx
struct ref < T &> BIx*(
{ 8,+T[S
typedef T & reference; |mWSS'7fI
} ; j+AZ!$E
W6EEC<$JL
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: twldwuN
!}U3{L-
template < typename T > x7l}u`N4
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 6OC4?#96%'
{ sP@XV/`3L6
return l(t) = r(t); 8aRmHy"9l
} Bw`? zd\*
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。 .uX(-8n ~
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 n 78!]O
\?e2qu/ C
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 3bC-B!{;g
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: d@JavcR
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 gV ':Xe
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 zN+jn
最后的布局是: t,XbF
Add zTG1 0
/ \ +YCWoX2
Divide 5 [.$%ti*!
/ \ {#z47Rz
_1 3 u|ihUE!h
似乎一切都解决了?不。 g_tEUaiK
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 Fgwe`[
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ?_ uan
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: @c8RlW/A
AoxORPp'
template < typename Right > %(?;`
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const {ByKTx&
Right & rt) const 8?EKF+.u|
{ 5c%Fb:BW=
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); F)'_,.?0
} }Sh@.3*
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 xQ?$H?5B<
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。 qIzv|Nte
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。 eK3d_bF+
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。 4T)`%Oo<}
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。 +['1~5
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? 8r,0Qic2K
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: OaN"6Ge#
^eRbp?H*T
template < class Action > t?weD{O
class picker : public Action ] 4*E:
{ e*D,2>o
public : Vn/FW?d7
picker( const Action & act) : Action(act) {} 4uE/!dT
// all the operator overloaded >K%+h)%kI
} ; %_5?/H@%3z
iY sQ:3s
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。 a{ByU%
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: ),
VF]
9a1R"%Z
template < typename Right > \)MzUOZn
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const VeFfkg4
{ 6(A"5B=\
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); m5?t<H~
} pwVGe|h%,
J<cY'?D
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > [zrFW
g6N
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。 a*_"
nI&lr
dt<P6pK-
template < typename T > struct picker_maker &)!N5Veb
{ `v/p4/
typedef picker < constant_t < T > > result; E%Ysyk
} ; %|2x7@&s
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > e<u~v0rDl
{ v]q"{c/
typedef picker < T > result; O6q5qA
} ; VF<VyWFC0`
gd]k3XN$f
下面总的结构就有了: -gb@BIV#
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。 ^v3J
ld
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。 v)zxQuH]^
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 \/Zo*/
至此链式操作完美实现。 ="g9>
KC<K*UHPAH
2 XjH1
七. 问题3 shY8h
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。 U:aaa
q{q;X{
template < typename T1, typename T2 > h)r=+Q\'(S
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const QT"o"B
{ .36]>8
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Ob|tA
} xCu\ jc)2
$D*Yhv!/
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: Ivq|-LDNc
=AuxMEg
template < typename T1, typename T2 > u$"Ew^C
struct result_2 @[ '?AsO
{ .z,`{-7U
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; G$lE0_j2{
} ; !,DA`Yt
Qz<i{r-z
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? %W2
o`W$
这个差事就留给了holder自己。 S)^eHuXPI
jyRz53
ch/DBu
template < int Order > O3p<7`K<4
class holder; -}>H3hr
template <> Ee$F]NA
class holder < 1 > Sjmq\A88dc
{ ,YrPwdaTB
public : Ige*tOv2
template < typename T > SXV
f&8
struct result_1 =d
JRBl
{ !@)tkhP
typedef T & result; drB$q[Ak9
} ; (%]M a
template < typename T1, typename T2 > Q6PMRG}/o
struct result_2 3+vMi[YO
{ 55Ye7P-d
typedef T1 & result; -wnBdL
} ; PW*[(VX
template < typename T > 2$joM`j$
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const ZP4y35&%y
{ 1W>0
return (T & )r; @WzrrCpj
} pm*i!3g'
template < typename T1, typename T2 > 4+N9Ylh
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ,LDdL
{ #4^D'r>pJ
return (T1 & )r1; ~H626vT37
} )dRBI)P
} ; KC-@2,c9V
};~I#X
template <> YD;"_yH
class holder < 2 > >td\PW~X
{ <IQ}j^u-F
public : e[.JS6
template < typename T > E@)9'?q
struct result_1 ]7%+SH,RdD
{ TmgSV#G
typedef T & result; k=.pcDX
} ; BbNl:`
template < typename T1, typename T2 > .!g
struct result_2 TI637yqCU
{ V_H0z
typedef T2 & result; frbeCBP&)
} ; T:w %RF[v9
template < typename T > 5G WC
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const [mG:PTK3
{ ' "o2;J)7
return (T & )r; 24d{ol)
} @Yzb6@g"
template < typename T1, typename T2 > y6Ea_v
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const m)xz_Plc
{ !;&{Q^}
return (T2 & )r2; MZ<BCRB
} (L7%V !
} ; M}!E :bv'
*> 7Zc
#}nDX4jI
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> >。 8FT@TUFb
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: bqm%@*fZo
首先 assignment::operator(int, int)被调用: J]$]zD
C +S>;1
return l(i, j) = r(i, j); T |h'"3'
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) W0N*c*k
2[Bw+<YA`
return ( int & )i; |&0Cuwt
return ( int & )j; #9@UzfZAwT
最后执行i = j; - f%J_`
可见,参数被正确的选择了。 .Gnzu"lod
)ZDqj
1H7bPl|
690;\O '
:3 By7BZgj
八. 中期总结 K}Rq<zW
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: iVf8M$!m
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 9':MD0P/M
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 #~;:i
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor +Uf+`
]*pro|
&l