一. 什么是Lambda 2%/F`_XbP
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 L5hF-Ek!
3
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, )Rr6@o
?Ld),A/c
Rsx6vF8]5
g5BL"Dn
class filler o!xCM:+J
{ qw+7.h#V
public : @= <{_p
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} V .Kjcy
} ; o*T?f)_[p
F"Dr(V
:GvC#2p
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: COi15( G2
-=-^rQx9
5N9Cd[4
l4gH]!/@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 33`bKKO}
VnuG^)S
>A )Sl'
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 "t2T*'j{
c{'Z.mut
Dw=L]i
:0v
cg )(L;
二. 战前分析 IO7z}![V;
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。 ;apLMMsWC
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 c[J 2;"SP
W *0!Z:?
U/c+j{=~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); y^r'4zN'
/* --------------------------------------------- */ c |%5SA
vector < int *> vp( 10 ); azZ|T{S
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); /@"mQx~[q
/* --------------------------------------------- */ Rd(8j+Q?ps
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); "'BDVxp'w
/* --------------------------------------------- */ ~ESw* 6s9
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); +s}!+I8P
/* --------------------------------------------- */ OL1xxzo
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); nANl9;G
/* --------------------------------------------- */ /A5=L<T6F
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ~vP_c(8f
padV|hF3(e
.0nT*LF
oVqx)@$K
看了之后,我们可以思考一些问题: QAI=nrlp
1._1, _2是什么? hgZvti
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 W'Gh:73'}
2._1 = 1是在做什么? !yg &zzP*
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 uWGp>;m eO
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 :WH{wm|
QVn2`hr
F_u?.6e]
三. 动工 lBn<\Y!^
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: E;yr46
C&F%
j. <
DN8I[5O
uP7|#>1%
template < typename T > 7|Vpk&.>
class assignment %AV3eqghCg
{ Y&VypZ"G>
T value; PazWMmI
public : qZQm*q(jM
assignment( const T & v) : value(v) {} I9TNUZq('
template < typename T2 > :A#'8xE/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ?,v@H$)3_
} ; "6e3Mj\
aorL ,l
tIA)LF
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 KJn 3&7
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment u 'ng'j'
qvsfU*wo?
j%vxCs>
'o_ RC{k2"
class holder R^E-9S\@
{ ^')4RU
public : PVKq&Q?
template < typename T > *nM.`7g*[
assignment < T > operator = ( const T & t) const <!u(_Bxw/
{ DL_M#c`<
return assignment < T > (t); ZZL%5{w_
} I
tn?''~;
} ; "|
oW6@
rI:]''PR
I1ibrn
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: -r_ Pp}s
)P/~{Ci:T&
static holder _1;
*!EHs04
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 E;a9RV|
7
dG_E]&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); wRWKem=
而不用手动写一个函数对象。 R[lA@q:
BW)t2kR&
4.&et()}
`O=LQ m`
四. 问题分析 Z=?qf$.}
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 z:$TW{%M
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。 4p&SlJ
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 qr/N ?,
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 b~G|Bhxa
下面我们可以对这几个问题进行分析。 \?\q0o<V$
LZ9IE>sj
五. 问题1:一致性 )ULxB'Dm
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?| Lop=._W
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 p4zV<qZ>e
[TpW$E0H
struct holder i
`8Y/$aT
{ |Oaj
Jux
// T\HP5&
template < typename T > HYk*;mD
T & operator ()( const T & r) const Neb%D8/Kn
{ <Gu dx>I
return (T & )r; ?9H.JR2s%
} &-Zg0T&tZ
} ; ">RDa<H]
esEOV$s}
这样的话assignment也必须相应改动: 0:Lm=9o
K31rt-IIt
template < typename Left, typename Right > 1z(y>`ZBq
class assignment ?G-a:'1!6
{ Wm ?RB0
Left l; e{9(9qE"
Right r; K`1\3J)
public : QSy #k~
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} L7*~8Y
template < typename T2 > F;&'C$%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } %lPFq-
} ; MgLz:2
:F
f;%4O'
同时,holder的operator=也需要改动: *K\/5Fzl
^Q_0Zq^H
template < typename T > `}u~nu<
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const sOW-GWSE<
{ #PmF@
CHR
return assignment < holder, T > ( * this , t); _hLM\L
} AuU:613]W8
T ~t%3G
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。 VG\ER}s&P
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ^f1}:g
GL1!Z3
return l(rhs) = r; Nr7MSFiL
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。 g;bkVq
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: JWrvAM$O
.x1EdfHed/
template < typename Tp > W#0pFofXw
class constant_t }EOn=*
{ ?(U>
)SvF
const Tp t; Hj;j\R >2
public : Yb x4 Up@
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} z0Gh |N@)
template < typename T > Fu m1w
const Tp & operator ()( const T & r) const }`
{ d|6*1hby
return t; T.W/S0#j3
} W?R$+~G
} ; 88)0Xi|]KP
8N8B${X
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 'L0 2lM
下面就可以修改holder的operator=了 #!y|cP~;I
:d!.E$S
template < typename T > Q.6pmaXrb
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ;Z.}~d6>!
{ '(u [
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); |vWx[=`o
} zYSXG-k
kG,6;aVZ8
同时也要修改assignment的operator() ?~S\^4]
Cg21-G.
template < typename T2 > j|HOry1E &
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } rxCuV
现在代码看起来就很一致了。 Gz~P
0Z^w}
59T:{d;~
六. 问题2:链式操作 /1tqTi
现在让我们来看看如何处理链式操作。 uu=e~K
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。 bUz7!M$
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。 &sWq SS
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。 D
7H$!(F>
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct lgA9p
4-
pU`Q[HOs
template < typename T > &Cdk%@Tj]B
struct result_1 Ge[N5N>
{ HK5\i@G+<
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result;
; >.>vLF
} ; +~02j1Jx
,uEWnZ"4
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: @;d(>_n
UG48g}
template < typename T > T3)/?f?|
struct ref /[t]m,p$yq
{ H`aqpa"C
typedef T & reference; MBDu0
[c
} ; kUn55 l
template < typename T > d^WVWk K
struct ref < T &> <q%buyQna
{ hU+sg~E
typedef T & reference; )aOg_*~
} ; +@AN+!(
&d 9tR\}
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: z)yxz:E
# TC
x8]F
template < typename T > nXk<DlTws
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const TQ.d|{B[
{ L5of(gQ5]
return l(t) = r(t); lySeq^y?Q
} 2|kx:^D p
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。 4U~[8U}g
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 X9#Od9cNaC
a@lvn/b2
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 92bvmP*o4
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: PDzVXLpC
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 2zh?]if
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 }*hY#jo1
最后的布局是: ul>$vUbyf
Add 6*/0 yGij
/ \ \ :1MM
Divide 5 Bk?3lwCT
/ \ z#SBt`c
_1 3 Wb68" )$
似乎一切都解决了?不。 7y&Fb
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。 /4<eI3Z
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。 959&I0=g"
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: 8sx\b
IO/2iSbW
template < typename Right > O+@"l$;N
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 1K"``EvNB
Right & rt) const ^EN_C<V;"d
{ "/[-U;ck
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Aj*0nV9_
} PBTGN;y
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 WhMr'l/e
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。 WXp=>P[
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。 #'mb9GWD3
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。 `f}}z5
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。 /Tv=BXL-
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? tV9BVsN
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: 3o%JJIn&
$M@SZknm
template < class Action > tY C`?HT
class picker : public Action \( LKLlam
{ )Mx[;IwE
public : 4r\Sbh
picker( const Action & act) : Action(act) {} JR<#el
// all the operator overloaded 6+_)(+c
} ; i%GjtYjS
.Kv>*__-Q
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。 ?>N82#9Q
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: IvTtQq
;``*]tY$
template < typename Right > yK+76\} I
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const kzZtKN9Az
{ |{k;pfPV
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); N{IY\/;\
} 6]Q
~c"+5
X's-i!
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > B!K{y>|.
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。 I1=YSi;A
y%Ui)UMnw]
template < typename T > struct picker_maker WW2VW-Hk
{ [Qa0uM#SU
typedef picker < constant_t < T > > result; [-f0s;F1%
} ; e,>L&9] ZI
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > N+rLbK*
{ aSi:(w
typedef picker < T > result; 41>Bm*if
} ; |j&u2DM~#m
BP6;dF5E
下面总的结构就有了: M.1R]x(|
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。 s/0-DHd
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。 $74ZC
M
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 1wmS?
至此链式操作完美实现。 L,of@>
?d%+85
Ne,7[k
七. 问题3 E,JDO d}
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 #dE#w#=r
fz31di9$
template < typename T1, typename T2 > ptQr8[FA
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const q]=.Aik
{ }P#%aE&-
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); us\@n"
} s$YKdtR
s<5q%5ix3
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: ?^mgK9^v@
{ cnya*
template < typename T1, typename T2 > hi"[R@UG
struct result_2 1el?f>
{ X?z5IL;rt
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; @4^5C-
} ; FVMR9~&+
,RKBGOz?f
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? QbP
W_)N
这个差事就留给了holder自己。 GBzC<e#
:k6|-A2
(l{+T#
template < int Order > f)H6 nl7r
class holder; KGxF3xS*7
template <> J0a]Wz%
class holder < 1 > C6,GgDH`
{ %P0dY:L~
public : "5 PP<A,F(
template < typename T > w(8q qU+\
struct result_1 sqi~j(&\1
{ Jy@cMq2
typedef T & result; |Yh-`~~A"
} ; bM;yXgorU
template < typename T1, typename T2 > 0){%4
struct result_2 /*`BGNkYY
{ yT`[9u,
typedef T1 & result; \=Af AO@
} ; 6[$kEKOY=
template < typename T > `)\_
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const NLyvi,svS
{ ZLyJ
return (T & )r; UBOCd[
} KSIH1E
template < typename T1, typename T2 > IJ!]1fXy+
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const T?!^-PD9*
{ 6#T?g7\pyR
return (T1 & )r1; <89@k(\ /
} 0(|R NV_
} ; b<