一. 什么是Lambda $(rc/h0/E
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 p0VUh!
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象,
)%F5t&lum
I 8zG~L%"
I2[]A,f,
'SV7$,mK@
class filler "r$/
{ )];aI A$
public : vFhz!P~
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} e.8$ga{
} ; 7u|B ](FS
>bIF>9T
Y3rt5\!
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: Ej"u1F14J
!YE zFU`L
ue\t ,*KYd
|`0n"x7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Fe!9y2Mg
fzPZ|
|]sx+NlNc
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 JvL{| KtyU
Cy@ cLdV
v"!4JZ%K
*eb-rhCVn
二. 战前分析 ;gB`YNL
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 yWb4Ify
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 rQr!R$t/[
q-_' W,
Z
a(|(M H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); /tj$luls5
/* --------------------------------------------- */ z9
($.
vector < int *> vp( 10 ); _A'{la~k
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); {/ 2E*|W~I
/* --------------------------------------------- */ tC)6
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); L0"~[zB]N
/* --------------------------------------------- */ (CE7j<j
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); MKg,!TELe
/* --------------------------------------------- */ 2*1ft>Uty
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 7x k|+!
/* --------------------------------------------- */ /+[63=fl
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); -LWK*q[J;*
+B"0{>n}F
;rR/5d1!
$NG++N
看了之后,我们可以思考一些问题: Mvcfk$pA
1._1, _2是什么? ar^i|`D
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。 $k%Z$NSN=
2._1 = 1是在做什么? :YO@_
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。 RE"^
)-
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。 g0&\l}&%U
=.Tv)/ea
VR0=SE
三. 动工 6v732;^
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: !mnUdR|>(
s V
}+eU
7~UR!T9
>I'%!E;
template < typename T > eV};9VJ$F
class assignment .*5 Z"Q['G
{ >)**khuP7
T value; ELD!{bMT
public : w0J|u'H
assignment( const T & v) : value(v) {} \".^K5Pm
template < typename T2 > Zv!{{XO2;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ,r^"#C0J}
} ; K=\O5#F?3
jNyoN1M
#&8rcu;/
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 7Y( 5]A9=
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment iK;opA"
\RG!@$i
Lx[
,Z,kD
Wf26
class holder cgT
{ s0"e'
public : =|U@
template < typename T > TzG]WsY_
assignment < T > operator = ( const T & t) const LKF/u` 0dP
{ ^J/)6/TMXm
return assignment < T > (t); zI;0&
} =o 7}]k7
} ; 4P8*k[.
zsQoU&D 5
l*=aMjd?
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: 9
c3E+
AMCyj`Ur
static holder _1; L>9R4:g
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 T)iW`vZg8
S4o$t-9l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =;L*<I
而不用手动写一个函数对象。 uGP(R=H
IDFFc&
pPro }@@
ROb\Rxm
四. 问题分析 19U]2D/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。 !{%: qQiA
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。 UQ?%|y*Kc
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Xrqx\X
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 zu\`1W^
下面我们可以对这几个问题进行分析。 6,b"
3iNkoBCg
五. 问题1:一致性 $lwz-^1t.
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| )%Iv[TB[
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ,_
2x{0w:>
N_gD>6I
struct holder DBH#)4do@
{ {dWObh
// r6.d s^
template < typename T > e":G*2a
T & operator ()( const T & r) const vGd1w%J-
{ PAF8Wlg
return (T & )r; 9$*s8}|
} gE7L L=x
} ; "&+3#D
>
b1?xeG#
这样的话assignment也必须相应改动: =d`5f@'rl
*f+: <=i
template < typename Left, typename Right > /bRg?Q
class assignment Xl-e !
{ E,[xUz"
Left l; J$ut_N):N
Right r; Lxl_"kG
public : I:j3sy
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ~mz%E
template < typename T2 > =r.
>N\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } /F/;G*n
} ; XP?rOOn
ssQ BSbx
同时,holder的operator=也需要改动:
%yS3&Ju
3251Vq %
template < typename T > 1R%1h9I4'
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const G;iEo4\?
{ y'C-[nk
return assignment < holder, T > ( * this , t); [U{UW4
} &:#h$`4
=6nD sibf
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。 4"?^UBr
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 SX0_v_%M
Q /x8 #X
return l(rhs) = r; ed!>)Cb
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。 V
A^l+Z,d
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: $%k1fa C
$4=f+ "z
template < typename Tp > RVw9Y*]b
class constant_t 2'0K WYM
{ uKr1Z2
const Tp t; |AZW9
public : mh/n.*E7
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 4Ft1@
template < typename T > .p`
pG3
const Tp & operator ()( const T & r) const u'~;Y.@i'
{ 5`+5{p
return t; j7QX,_Q
} `TLzVB-j3
} ; {tP%epQ
k=ytuV\
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Zo-$z8
下面就可以修改holder的operator=了 \E1U@6a
,L>
ar)B
template < typename T > QCOo
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ^rNUAj9Z
{ +C]&2zc.
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); j{++6<tr
} ?X$,fQ#F|
y2L#:[8
同时也要修改assignment的operator() }ut]\]b
xl9aV\W
template < typename T2 > K,ej%Vtz
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } sy* y\5yJ
现在代码看起来就很一致了。 \K2*Q&>
uzOYVN$t
六. 问题2:链式操作 Dh|w^Q
现在让我们来看看如何处理链式操作。 }GwVKAjP
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 Ka!I`Yf
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 I<oL}f
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 )$GIN/i
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 5N$E()m$
yBpk$
template < typename T > ~"x5U{K48S
struct result_1 "8 )z=n
{ "8f?h%t
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; j V3)2C}
} ; )Q;978:
XKOUQc4!R
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: vT^Sk;E
Sb2v_o
template < typename T > w0m^ &,;#
struct ref @exey
{ oih5B<&f#
typedef T & reference; {^)70Vz>PE
} ; Pn.bVV:
template < typename T > d[gl]tj9
struct ref < T &> 3L>IX8_
{ '_s}o<
typedef T & reference; {Bvj"mL]j
} ; ,Z9>h[JF
iOw3MfO
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: *hhmTc#
/hW d/H]
template < typename T > !\ND(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ,Dmc2D
{ ]:]H:U]p
return l(t) = r(t); +]xFoH
} Pf_F59"
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。 nv0@xnbz
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 #EO1`9f48x
e9pOisZ;8
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 l*aj#%ha
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 'vV$]/wBF
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 jF ^5}5U
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 }alj[)
最后的布局是: <~emx'F|
Add }3 m0AQ;K
/ \ I`RBj `IF
Divide 5 vE, 37
/ \ \kIMDg3}
_1 3 kfb/n)b'
似乎一切都解决了?不。 ]DG?R68DQ
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 >QE{O.Z
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ^ZeJ[t&!#
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: VaZn{z
n`Z"rwKmNw
template < typename Right > f'(l&/4z{
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 7v}x?I
Right & rt) const 2RtHg_d_l
{ k8nLo.O
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); qem(s</:
} bUy,5gk-
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 &a)eJF]:!
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 q0mOG^
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 l;X|=eu'
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 ?9MVM~$
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。 Ds8
EMtS
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? sRHA."A!8
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: R0Ue0pF7
8iQ[9
template < class Action > Cr/`keR
class picker : public Action _W!p8cB
{ faXx4A2"
public : Tpp &
picker( const Action & act) : Action(act) {} ?^#lWx q
// all the operator overloaded /?-7Fg+,
} ; 6R UrF
u`:hMFTID
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。 Gi6T["
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: Xk mQBV"
5r{;CKKz
template < typename Right > H4-qB Z'
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ,{eUP0]
{ h&@R| N
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 4 {GU6v)f
} 4\5uY
C_fY %O
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > V,v[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。 f7de'^t9
(n{wg(R
template < typename T > struct picker_maker pI[ZBoR~
{ ,3DXFV'uxb
typedef picker < constant_t < T > > result; Fig&&b a
} ; 9 t
n!t
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > O%!5<8Xrb
{ u'A#%}3
typedef picker < T > result; 9a$56GnW1
} ; pY8q=Kl
KGHq rc
下面总的结构就有了: V:NI4dv/R
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。 XJ0{
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。 1M3%fW
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 U_yE&6 T
至此链式操作完美实现。 7EhN u@5-
Ei>m0
~<\
$3+PbYY
七. 问题3 RuW!*LI
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 |dE
-^"_
>cmE
t
template < typename T1, typename T2 > 9?T{}| ?
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ^D67y%
{ BfTcI)
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); /nx'Z0&+X
} h( QYxI,|
3 *S{;p
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: cF T 9Lnz
{4 >mc'dv
template < typename T1, typename T2 > bEuaOBc
struct result_2 v0*N)eqDGd
{ %!Q`e79g8
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; s=I'e/"7
} ; \g)Xt?w0Wo
!7B\Xl'S
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? )o _j]K+xI
这个差事就留给了holder自己。 {[Q0qi =
d?,M/$h
0\{BWNK
template < int Order > D]! aT+
class holder; %Tn#-
template <> {.e=qQ%P5)
class holder < 1 > :q##fG'm/
{ iP~,n8W
public : =/Aj
template < typename T > XV>JD/K2
struct result_1 Y OyX[&oi
{ l?E a#
typedef T & result; SJ'
%
^
} ; <pLT'Y=
template < typename T1, typename T2 > gW(gJ;
L,%
struct result_2 {2'm^0Kl
{ #:fQ.WWO
typedef T1 & result; n7LfQWc
} ; Ft{[ae?4
template < typename T > Si}HX!s
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const G)=HB7u[a
{ [V#r7a
return (T & )r; &(rWw Oo6
} Nf,Z;5e
template < typename T1, typename T2 > /Poet%XvRx
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ZsP2>%"
{ I XA>`D
return (T1 & )r1; (n(
fI f
} z;u>
Yz+3
} ; 0CvsvUN@
t/i5,le
template <> C2e.2)y
class holder < 2 > F-Z%6O,2
{ UnWW/]E
public : a.F Al@Br
template < typename T > )8gGv
struct result_1 Aez2*g3
{ :q3+AtF
typedef T & result; %6j)=IOts
} ; Q<tu) Qo
template < typename T1, typename T2 > 4NEq$t$Jn
struct result_2 Z*{]
,
{ 5@osnf?
typedef T2 & result; #PLEPB
} ; Sywu=b
template < typename T > 46jh-4)<
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const RH)EB<PV
{ s3s4OAY
return (T & )r; hi=XYC,
} }SyxPXs
template < typename T1, typename T2 > fCAiLkT,C[
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const }H:F< z*
{ z|R,&