一. 什么是Lambda B bP&-c
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 nz+k ,
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, S3fyt]pp
N#C,q&;
'qoDFR\v
t:$^iUrx
class filler Ct@O S227x
{ % XvJJ
public : 7UnB]- :.
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} xQA6!j
} ; zw,( kv
Xlg0u.
>_esLsPWh]
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: "Zr+>a
!N"Y
C[c^zn
8>4@g!9E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); \A#YL1hh
Ah#bj8}
hsCts@R
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 nI0TvBD
zfGS=@e]G
RZ+SOZs7H
5-[bd I
二. 战前分析 >oYr=O
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 fC|NK+Xd`
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 m0M;f+^
o!$O+%4
crvq]J5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); <?h,;]U
/* --------------------------------------------- */ dAba'|Y
vector < int *> vp( 10 ); $- 4 Zi
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); A*x3O%zH
/* --------------------------------------------- */ e]5
n4"]D)
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); MqKf'6z
/* --------------------------------------------- */ J!+)v
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 'cgB$:T}.,
/* --------------------------------------------- */ YZ\a#s,0
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); <4Ev3z*;Z
/* --------------------------------------------- */ `514HgR
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); OK8|w]-A
=hAH6C
fY|P+{BO2
VV'*3/I
看了之后,我们可以思考一些问题: e<Bwduy
1._1, _2是什么? og$%`o:{
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。 jXH?os%
2._1 = 1是在做什么? 1^v?Ly8
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。 <<vT"2Q]
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。 sQl`0|VH
Yt3+o<
1ZZ}ojq
三. 动工 f5tkv<) %
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: F4X0DRC,G
_DD.#YB</
G?$0OU
p 3`odmbN
template < typename T > wbImE;-Z
class assignment $v \@mW*R
{ D}i_#-^MH
T value; gR#lRA/
public : %D_pTD\
assignment( const T & v) : value(v) {} }eLnTi{
template < typename T2 > #)BbW40f6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 5`tMHgQO
} ; /\-iV)h1@
]
-}Zd\Rs
:i};]pR
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 8`]1Nt!*B
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ~E^lKe
Gm1[PAj
y/9aI/O'
C]01(UoSZ
class holder D-KQRe2@
{ =G<i6%(^g
public : 7SVqfWp
template < typename T > q-<t'uhs[
assignment < T > operator = ( const T & t) const %4#Q3YlyD
{ =jEh#
return assignment < T > (t); yRdME>_L
} VdC,M;/=Z
} ; S9 VD/
lO+6|oF0
\2U F J
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: _*1{fvv0{
I[g;p8jr
static holder _1; @b]?Gg
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 9vL n#_
z]d2
rzV(_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Nk
~"f5q7
而不用手动写一个函数对象。 MpCK/eiC
/&jh10}H
j~;kh_
bd&
/B&a
四. 问题分析 D *Hy 2eZ.
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。 xhTiOt6l
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。 >3SZD
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 yKb+bm&5:'
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 NpLO_-
下面我们可以对这几个问题进行分析。 |f}1bJE+
H4Lvw8G
五. 问题1:一致性 gq|]t<'
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?| H="E#AC%8/
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ?ypX``3#s7
93]67PL#+
struct holder ]hHL[hoFC
{ 9esMr0*=
// a?K 3/0G
template < typename T > ZOIx+%/Vd#
T & operator ()( const T & r) const
O86[`,
{ E|~)"=
return (T & )r; EG;y@\]
} GFX$vn-/F
} ; A^3M~
I/vQP+w O
这样的话assignment也必须相应改动: ze_q+Z
8G<{L0J%!
template < typename Left, typename Right > /$Ca}>
class assignment e]Q bC"
{ ?y`we6~\1
Left l; S?BI)shmg
Right r; B3NDx+%m
public : #fQ}8UxU,
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} [5T{`&
template < typename T2 > e0&x?U*/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } F15Yn
} ; 1Vi3/JM@
+5xVgIk#
同时,holder的operator=也需要改动: 2}<_l 2
QoBM2QYO
template < typename T > o-7,P
RmKN
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const *+rWn*L
{ DV5K)m&G
return assignment < holder, T > ( * this , t); +ebmve \+
} aEvW<jHh
kh5VuXpe
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。 7AouiL 2-W
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 CA[3R
JK=0juv<E
return l(rhs) = r; L,7+26XV"B
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。 o>Faq+@
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: s"-gnW
-:~"c@D
template < typename Tp > MIx,#]C&
class constant_t ziXZJ^(FI
{ 29tih{xx
const Tp t; 6(=>!+xpRr
public : -?}Z0e(w
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} T@P[jtH<d
template < typename T > k,GAHM"'
const Tp & operator ()( const T & r) const ww#]i&6
{ H$44,8,m
return t; "xxt_
} SpJIEw
} ; hztxsvw
/OtLIM+7~{
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #Et%s8{
下面就可以修改holder的operator=了 L<H zPg
LAjreC<W
template < typename T > RIV
+ _}R
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 0T7c =5z4W
{ {$P')>/
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); yO*HJpc
} #sHt3z)6I
`E:&a]ul
同时也要修改assignment的operator() /kH
7I
J<h!H
template < typename T2 > /c|X:F!;X#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } RTQtXv6mD
现在代码看起来就很一致了。 5!jU i9
h*B7UzCg
六. 问题2:链式操作 {"WfA
现在让我们来看看如何处理链式操作。 2|}`?bY]i`
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。 f3oGB*5>
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。 8m"(T-wb6{
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。 1a@b-V2
d&
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ;&OVV+y
`&w{-om\
template < typename T > U@:h';.
struct result_1 4Gor*{
{ 9?38/2kX4
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; :c}"a(|
} ; e754g(|>b
O]VHX![Y$
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&-cNxh
a%XF"*^v
template < typename T > 6z2W N|78
struct ref /L^pU-}Z0
{ L&LAh&%{2
typedef T & reference; dBb
&sA-A
} ; P0<)E
template < typename T > 5[0W+W
struct ref < T &> ,?oC+9w
{ ./i5VBP5
typedef T & reference; h\lyt(.s
} ; :D:Y-cG*n<
GzEvp
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: @Pb%dS
`;HZO8
template < typename T > Qy7 pM8~h
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ln*jak RrC
{ \IX|{]*D
return l(t) = r(t); PTP0 _|K
} ##5e:<c&[
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#!,/pE
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 9(pF!}1%\
(;cKv
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 c0f8*O4i
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: BK)3b6L=%
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 W'{o`O=GGr
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ]47!Zo,
最后的布局是: )'i n}M
Add pv"QgH
/ \ +N2R'Phv
Divide 5 `b*x}HP$
/ \ ,Fzuo:{uy
_1 3 ]=G dAW
似乎一切都解决了?不。 r,Tq";N'
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。 MHQM'
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。 ZfVw33z
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: OfPv'rW{x
u3C0!{v
template < typename Right > o-+H-
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Y,M2D
Right & rt) const b NR@d'U
{ _jM+;=f
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); /RemLJP
F
} OMm'm\+/
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 &xE+PfX
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。 :V~
AjV
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。 W(o#2;{ln
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。 jZR2Nx}16
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。 v9MliD'
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? XM~eocn
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: 1
&-%<o
%@^9(xTE
template < class Action > Jix;!("
class picker : public Action ODCv^4}9
{ lS |:4U.
public : Z+agS8e(
picker( const Action & act) : Action(act) {} 0,1)Sg*
// all the operator overloaded NszqI
} ; iJSyi;l|
K`8$+JDP+
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。 eCwR
}m?_
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: {)wl`mw3
d6ckvD[
template < typename Right > =VGRM#+D
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const C )BVsHT4
{ O2S{*D={
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); (".WJXB\
} qdxDR
2]U
L8?;A9pc()
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > plgiQr #
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。 pGP$2
u&<