一. 什么是Lambda a o7|8[
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Po^2+s(fY
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, p=405~
AKAAb~{
9"V27"s
c wpDad[Kx
class filler x$s #';*
{ ^i:%;oeG
public : Ir}&|"~H
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} =20Q!wcu
} ; 1p8E!c{}j
GXHk{G@TS
u\t ;
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 8n&" ,)U
9:=a FP
H_*]Vg
.vT'hu
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ~i
&K,
wkd591d*
S2<(n,"
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Ap97 Zcw
@cjhri|vH
VVe>}
I1}{7-_t
二. 战前分析 {1SxM /
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 &`@Jy|N\
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 }"cb^3
{yG)Ii
C ch1"j<k$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); xH'H!
8
/* --------------------------------------------- */ iK.MC%8?
vector < int *> vp( 10 ); IGB>8$7
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); @Qx;J<{+g
/* --------------------------------------------- */ \!YPht
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 'Y&yt"cs
/* --------------------------------------------- */ !w/~dy
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Ok* :;G@
/* --------------------------------------------- */ ?Rl*5GRW
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ^lQ-w|7(
/* --------------------------------------------- */ O%+:fJz6wI
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); %9zcc)cP
Ak9W8Z}
,g6.d#c
zJx<]=]
看了之后,我们可以思考一些问题: 5T;_k'qe
1._1, _2是什么? I;xTyhUd
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 }~ +
2._1 = 1是在做什么? n"MFC
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 z5i!GJB
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 E|5gKp-wJ
c?opVbJB\
h]zx7zt-
三. 动工 \
_i`=dx
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ?`w ~1
E? FPxs
.z{7
rH
10 p+e_@
template < typename T > 4 5Ql7~
class assignment v =u|D$
{ #~#_)\l'F
T value; O}KT>84M
public : !
4s$93
assignment( const T & v) : value(v) {} P, Vq/Tt
template < typename T2 > .<j8>1
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } @L~y%#
} ; jV7q)\uu^
<&x_e-;b'
@lmk e>
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 rSZWmns
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment y'+^
ME$H
9:kb0oBa?l
3^fZUldf
n;q7?KW8
class holder k?";$C}#
{ oS`F Yy
public : dIf Jr}ih
template < typename T > -jyD!(
assignment < T > operator = ( const T & t) const ZPMEN,Dw
{ t7~mW$}O
return assignment < T > (t); 7"QcvV@p
} %r>vZ/>a
} ; "Srp/g]a
BHK_=2WYz
JRo{z{!O6
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: .oe,#1Qh{
5q)Eed
static holder _1; YJ"gm]Pm
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 KS|$_-7u
9u)h$VC
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); kB8l`|
I
而不用手动写一个函数对象。 /qp`xJ
5(F!*6i>
UtWoSFZ'o!
P_?1Rwm-45
四. 问题分析 G?"1
z;
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。 K crF=cA
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。 iA < EJ
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 L3W
^ip4
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Jrffb=+b
下面我们可以对这几个问题进行分析。 NKMB,b
r>G$u
五. 问题1:一致性 7'o?'He-.2
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| Y#Z&$&n
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 .6tz ^4
;WzT"yW)T
struct holder 'shOSB
{ /R,/hiKx\
// SZ0Zi\W
template < typename T > c]n4vhUa5
T & operator ()( const T & r) const tz)L`g/J~
{ p"X\]g^jA>
return (T & )r; r&H>JCRZ<=
} }W YY5L8^
} ; N@)g3mX>
9XoKOR(
这样的话assignment也必须相应改动: 7_{x '#7
/TB_4{
template < typename Left, typename Right > PEBQ|k8g&
class assignment cis~]x%
{ lE`ScYG
Left l; x:@e ID
Right r; [oYe/<3
public : `S.;&%B\
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 'LX=yL]I
template < typename T2 > UIyOn` d "
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } kTnvD|3_!P
} ; rkzhN59;
NeWssSje
同时,holder的operator=也需要改动: L@+j8[3BX
"zv+|_ZAfd
template < typename T > u&g} !Smc8
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const &556 ;l
{ (_W[~df4
return assignment < holder, T > ( * this , t); J=Jw"? f
} Jv7M[SJ#x
jLEU V
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。 D@3|nS
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 x~(Ul\EX
5 Fd ]3
return l(rhs) = r; GnLh qm"\
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。 f.u{;W
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: E O}(MXS
0xjV*0?s
template < typename Tp > *}0Q S@FN
class constant_t $4?%Z>'
{ >U}~Hv]
const Tp t; 1k hwwoo
public : sS0psw1
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} q&wMp{
template < typename T > 9R E;50h
const Tp & operator ()( const T & r) const Xau.4&\d
{ 1ri#hm0x\
return t; J5\> 8I,a
} x,V_P/?%
} ; n%O`K{86
,cB`j7p(
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 @.gCeMlOf
下面就可以修改holder的operator=了 !7w-?1?D
h(zi$V
template < typename T > G(4k#jB
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const "C.$qk]
{ vXf#gX!Y
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); B
O"+m
} Ylf 6-FbF
y3xP~]n
同时也要修改assignment的operator() FJD*A`a
<>R7G)w
F
template < typename T2 > Tu"yoF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 2<'gX>TW
现在代码看起来就很一致了。 |[V(u
Hnaq+ _]
六. 问题2:链式操作 v:+se6HY?p
现在让我们来看看如何处理链式操作。 :')<|(Zy
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 N
Lo>"<Xb
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 o 1b#q/
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 0 Hq$h
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct CUtk4;^y#
"3v%|
template < typename T > QR#,n@fE
struct result_1 :4A^~+J
{ Z]6D0b
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Rbl(oj#
} ; ~jPe9
[m"X*ZF
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: \gzNMI*
z6Hl+nq B
template < typename T > \0:l9;^4
struct ref n
b{8zo
{ 5yQgGd)
typedef T & reference; H<>x_}&
} ; <;Xj4
J
template < typename T > 1]qhQd-u
struct ref < T &> -@QLE}~k[
{ jjwY{jV
typedef T & reference; mT9TSW}
} ; r"4:aKF>
._nhW*
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 7<)
.luV
+F@9AO>LF
template < typename T > +[>m`XTq
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const c-3? D;
{ X-%*`XG'
return l(t) = r(t); 'Kq%tM26!
} s*Fmu7o43
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。 tV T(!&(
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 )cvC9gt
v3[
2!UXq
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 a([cuh.
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: =A,i9Z&
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 [#.QDe
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 NTn-4iJy
最后的布局是: N".
af)5
Add U>{z*D
/ \ f6z[k_lLN
Divide 5 Dl7#h,GTc<
/ \ OW6i2 >Or
_1 3 g{i(4DHm(
似乎一切都解决了?不。 7wZKK0;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。 {5RM)J1
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。 |i|>-|`!
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: 1c\$ziB
yYW>)
template < typename Right > >`t
|a
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const QYg2'`(
Right & rt) const C`DTPoXN
{ **oN/5
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); +H+OYQ>^
} =WHdy;
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 []'BrG)!
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。 9V\5`QXu
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。 ['{mW4i
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。 -[G+*3Y{7
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。 rFGbp8(2
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? x|1OGbBK
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: 9CxU:;3
8*lVO2
template < class Action > IY+P Yad
class picker : public Action HD$W\P
{ rBT#Cyl
public : Fd0R?d
picker( const Action & act) : Action(act) {} lNqYpyvy*
// all the operator overloaded +1_NB;,e
} ; s_u@8e 6_
(Y:5u}*Y
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 s)\%%CM
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: C#+Gkzq
N<9CV!_
template < typename Right > 8|HuxE
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 3u_[=a
{ 'tklz*
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); oBpHmMzA
} /n&w|b%
>6KuZ_
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> >
GMr jZ
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 B&VruOP0
~4<xTP\*
template < typename T > struct picker_maker (~#{{Ja
{ t[Qf|#g
typedef picker < constant_t < T > > result; Jt^a
} ; ;3'ta!.c
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > :H@Q`g u
{ lmfvT}$B
typedef picker < T > result; Il `35~a
} ; =#
<!s!
JgEPzHgx
下面总的结构就有了: ">@]{e*
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。 `O5wM\Z
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。 [RoOc)u
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 VG_ PBG(
至此链式操作完美实现。 AAb3Jf`UW
&
=)HPzC
At@H
七. 问题3 qs6r9?KP
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。 Cjc>0)f&.
+`}QIp0
template < typename T1, typename T2 > dG2k4 O
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const Arc6d5Q
{ aA7}>
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 3"FvYv{
} }>]V_}h
P%2aOsD0
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: 8iA[w-Pv
}OL?k/w
template < typename T1, typename T2 > IOhJL'r
struct result_2 UuPXo66F]
{ L7VD ZCV
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; $KHw=<:)/
} ; 7@oM?r7td
z@Pv~"
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? l|RBO+}
这个差事就留给了holder自己。 KPHtD4
K2|2Ks_CS
@cRR
template < int Order > lY
-2e>
class holder; 3dheT}XV?p
template <> A#k(0e!O
class holder < 1 >
!?)ky `S3
{ Di)%vU
public : 3b{ 7Z 2
template < typename T > wz`\RHL
struct result_1 JbX"K< nQ
{ Mu: y9o95
typedef T & result; }:+SA
} ; 1K{u>T
template < typename T1, typename T2 > G5A:C(r
struct result_2 EdcbWf7
{ QiKci%=SX
typedef T1 & result; x$hhH=
} ; Bm"-X:='
template < typename T > SbLm
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 3EkCM_]
{ +{#65z
return (T & )r; OEiu,Y|@l
} /~~A2.=.
template < typename T1, typename T2 > fVJlA
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 4|U$ON?x
{ ![3 /!
return (T1 & )r1; 5-*hAOThg
} @I"&k!e<2
} ; X<8?>#
]w,:T/Z}
template <> !WSY75
class holder < 2 > #ME!G/
{ T3wQ Rn
public : \3"jW1Wb
template < typename T > NTWy1
struct result_1 aC90IJ8^
{ P K+rr.k]
typedef T & result; .q90+9Ek=
} ; ]y0bgKTK
template < typename T1, typename T2 > epN!+(v
struct result_2 JkShtLEr
{ 2NMg+Lt8v
typedef T2 & result; p~'iK4[&6
} ; >V%lA3
template < typename T > 6;:z?Q
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 8NnGN(a*D
{ (n{x"rLy/
return (T & )r; ~k"r
} ^yLhL^Y
template < typename T1, typename T2 > ThvgYv--B
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const _ sqj~|K
{ &L[i"1a
return (T2 & )r2; +$}3=n34)
} Bo,>blspw
} ; 9| g]M:{
4bs<j
TUBpRABH
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> >。
?kIyo
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: Kpg?'
!I
首先 assignment::operator(int, int)被调用: ty8>(N(~
w!dgIS$
return l(i, j) = r(i, j); 'Z*`~,Q
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) +0ALO%G;G"
_`I}"`2H
return ( int & )i; l"zA~W/
return ( int & )j; 5,\-;
最后执行i = j; c>Tf@Aog>
可见,参数被正确的选择了。 DaS~bweMw
f\;w(_
Z=9<esx
nR]*RIp5
wrQ02?
八. 中期总结 1oc@]0n
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: J@o_-\@
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 7{Lp/z%r
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 o:'@|(&