一. 什么是Lambda e)GFJ3sW_
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 o-49o5:1
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, pO x0f;'G+
8 \%*4L'
/\OjtE
~-|K5
class filler PT|t6V"wd
{ =Cu!
public : qm]k
(/w
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} @G^
l`%
} ; F"~uu9u
He~)i)co
ub7|'+5
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: abx/h#_q
<`n T+c
]qvrpI!E!
y/Paq^Hd
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); w}X <]u
gT?:zd=;
~~;J[Fp
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _e7Y R+
{OH"d
MZl6J
OXT 5
y)
二. 战前分析 r[ni{&
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。 criOJ-
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 4'Potv@/
.}=gr+<bf
ViKN|W>T
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $oDc
/* --------------------------------------------- */ GHaD32
vector < int *> vp( 10 ); W+k SL{0
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Py_yIwQqg
/* --------------------------------------------- */ @FO=0_;y
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); }%x2Z{VF
/* --------------------------------------------- */ /m"O.17N
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ^T2o9f
/* --------------------------------------------- */ r01Z
0>
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); $F2A
/* --------------------------------------------- */
td@I ;d2
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Y=6569U2
8A'oK8Q
g3B%}!|
.FYxVF.
看了之后,我们可以思考一些问题: gc,%A'OR^<
1._1, _2是什么? J[ ;g
\
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。 $`;1][OD
2._1 = 1是在做什么? C%&A9(jG
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 !p
#m?|Km
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 N)CM^$(T|
&UrPb%=2H
lZ gX{
三. 动工 q#D-}R_RN
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 6Uh_&?\%
[L(qrAQ2|z
#w]UP#^io
e\)r"!?H`
template < typename T > BLaF++Fop
class assignment 8/gA]I
6=#
{ ZQ1,6<^9i[
T value; pz4lC=H%o
public : Y[sBVz'j5
assignment( const T & v) : value(v) {} T"IDCT'z
template < typename T2 > z\7-v<ZS
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } BcXPgM!Xqz
} ; p ;]Qxh
?COLjk
e92,@
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 1L;3e@G
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment unvS `>)Np
F%< ZEVm
xyzYY}PS
(4f]<Qt
class holder _~Id~b
{ E[NszM[P
public : 7?@ -|{
template < typename T > !-HJ%(5:F
assignment < T > operator = ( const T & t) const lJvfgP-j
{ MX7Y1
return assignment < T > (t); `(uN_zvH
} :8t;_f
} ; A1Es>NK[qW
;:
xE'-
+v+Dkyf:V
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"!{f
1<G, 0Lt
static holder _1; }D]y-BbA.
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Z'~/=a)7
s5\<D7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~KYA{^`*
而不用手动写一个函数对象。 v%muno,
}ijFvIHV
oD3]2o /
S&F[\4w5]
四. 问题分析 K BlJJH`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。 OUhlQq\
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。 )YVs=0j
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 s|][p|
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 LFAefl\
下面我们可以对这几个问题进行分析。 U!jRF
.U#oN_D
五. 问题1:一致性 Mtaky=l8~I
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?| [(; .D
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 _"t"orD6
I6i qC"BK
struct holder kl|m @Nxp
{ A;TNR
// uHuL9Q^
template < typename T > Am<){&XT
]
T & operator ()( const T & r) const z
s\N)LyM
{ 'soll[J
return (T & )r; 8iPA^b|sz{
} =)%~QK{Y
} ; `j4OKZ
E~S~Ld%
这样的话assignment也必须相应改动: YRu/KUT$ 7
l'1_Fb
template < typename Left, typename Right > v2ab84
C*
class assignment WtlLqD!_D
{ 4|hfzCjMI
Left l; })?KpYk
Right r; |[@v+koq
public : LYuMR,7E
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} **]=!W
template < typename T2 > *iUR1V Y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } be]Zx`)k
} ; $e%m=@ga
8"ulAx74>
同时,holder的operator=也需要改动: "d*-k R
~PX#' Jr
template < typename T > {3BWT
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const /BrbP7
{ ahR-^^'$
return assignment < holder, T > ( * this , t); -+Z&O?pSH
} vv D515i
t?FPmbjv
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。 yG<Q t+D
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 } DjbVYH
~,{nBp9*
return l(rhs) = r; 8p]Krs:
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。 %.s"l6 W
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: W3xObt3w\
(wp?tMN5#
template < typename Tp > H6Kt^s<6xu
class constant_t `<?((l%;R
{ K>TvM&
const Tp t; A[Vhy;xz
public : \; zix(N[5
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} \7q>4[
template < typename T > y<)q;fI7
const Tp & operator ()( const T & r) const 8'0KHn{#
{ 41o~5:&
return t; ~GjM:*
} =
$6pL
} ; FD^s5>"Y+
7.B]B,]
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 AeEF/*
下面就可以修改holder的operator=了 [4HOWM>\
T]?QCf
template < typename T > s
]Db<f
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const tSq`_[@
{ `f%sq*O ~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); rY(^6[ !
} PxgLt2dXa
lR3JyYY{X
同时也要修改assignment的operator() XLFo"f
vLh,dzuo
template < typename T2 > G `JXi/#`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 1 =9 Kwd
现在代码看起来就很一致了。 G
4C 7
!J+< M~o}
六. 问题2:链式操作 QfsTUAfR
现在让我们来看看如何处理链式操作。 #zw 'H9l
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。 t5
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。 VK?c='zg
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。 \B
D'"
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct F anA~
qU:Mvb^5&
template < typename T > 9h
0^_|"
struct result_1 L51uC ,QF
{ $,B@yiie
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; HtGGcO'bqg
} ; |.[4$C
zmh3
Qa(
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: $5a%hK
GHo=)NTjy
template < typename T > '}T6e1#JV
struct ref }mSfg
{ XxEKv=_bc
typedef T & reference; 6z80Y*|eJ
} ; X?Mc"M
template < typename T > (@1*-4l
struct ref < T &> f.&Y_G3a<
{ xYCX}bksh
typedef T & reference; R2$;f?;:
} ; b
ZEyP
W
fd Rw:K8
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: BKQI|i
1V37%
D
template < typename T > yp:_W@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const A9HJWKO
{ fUgI*V
return l(t) = r(t); s8]9OG3g
} aPMqJ#fIr
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。 P ME
?{%&
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 +aWI"d--h
(S["
ak
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 $}G03G@
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: -6KGQc}U
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Y|iJO>_Uu=
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 4(f4 4' ^
最后的布局是: .Z"p'v
Add //}[(9b'\
/ \ /Ma"a
^
Divide 5 d= -/'_'
/ \ OO:^#Mvv5
_1 3 zp2IpYQ,3
似乎一切都解决了?不。 0?",dTf3i
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。 )MKzAAt~
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。 XHu2G 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: + fQ=G/
P#g"c.?;
template < typename Right > "gD)Uis
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const nKJJ7 RL
Right & rt) const 12Hy.l
{ qxsK-8KT<
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); pOn>m1|
} ':fq
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 |"Js iT
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。 /2&