一. 什么是Lambda 1,P\dGmu
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 C\4d.~C:w3
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, c
h}wXn
Q5lt[2Zyzd
k~F;G=P
nZ)E @
class filler ^a<kp69qS
{ H:S<O%f
public : +NbiUCMX
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} `hdN 6PgK
} ; }?o4MiLB
>#)%/Ti}DU
EJ(36h
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: H+Aidsn
1_};!5$.
4/%Y@Z5
nRvaCAt^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); yj=OR|v
\d*ts(/a*
mx#%oJnsi
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 S*gm[ZLQ
9c%CCZ
\t5_V)P
!9.FI{W
二. 战前分析 e{9~m
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。 \B^NdG5Y
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 M4D @G
_a f $0!
cUr!U\X[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); na|sKE;{
/* --------------------------------------------- */ ?4oP=.
vector < int *> vp( 10 ); c/igw+L()
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); vZW[y5
/* --------------------------------------------- */ 8+J>jZ
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); r6kJV4I=re
/* --------------------------------------------- */ J.'%=q(Sb
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ANNVE},
/* --------------------------------------------- */ fs?H
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); y$9! rbL
/* --------------------------------------------- */ 3H0B+F2XQ
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); PfyJJAQ[
jijwHL
YWs?2I
QM*
T?PR
看了之后,我们可以思考一些问题: ]-9w'K d
1._1, _2是什么? |j81?4<)v
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Xhq6l3 M
2._1 = 1是在做什么? M9""(`U
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 T9XUNR{&
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 5\=
y9Z- x
N.H<'Q8&
/&<V5?1|
三. 动工 !/!ga)Y
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: PR]b]=
Wa7wV
9
SZyORN
N#ZWW6
template < typename T > - U\'Emu4
class assignment r@m]#4
{ %1$#fxR
T value; P%H Dz
public : \=7jp|{Yl
assignment( const T & v) : value(v) {} Mm(#N/
template < typename T2 > r~2hTie
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } UfPHV%Wd
} ; 1]eRragm"
Gw\..O
ZOMYo]
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 NPrLM5
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment [8^q3o7n
hl7 z1h
/aMOZ=,q}
aWlIq(dU
class holder EwX{i}j_V
{ w]yVNB
public : amdgb,vh
template < typename T > } ck<R
assignment < T > operator = ( const T & t) const r uGeN
{ ,`k&9o7
return assignment < T > (t); Dsp$Nr%*
} fggs
;Le
} ; jS~Pdz
jeJgDAUv
QF\nf_X
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Ei):\,Nv
FOk;=+
static holder _1; g_`a_0v
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 9$Z0mz k
/1v9U|j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); *<!q@r<d
而不用手动写一个函数对象。 &H]/'i-
RG""/x;
[5& nH@og
#MlpOk*G
四. 问题分析 @qan &?-Y
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。 ~^V&n`*7D
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。 DrkTM<
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 XWnP(C9?
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 w$6Z}M1d
下面我们可以对这几个问题进行分析。 [)1vKaC
CDRbYO
五. 问题1:一致性 {\(MMTQ
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?| gWGDm~+
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 } P ,"
z&tC5]#
struct holder QJRnpN/
{ sHc-xnd
// (X,i,qK/
template < typename T > xBA"w:<
T & operator ()( const T & r) const )\=xPfs
{ w+R7NFq
return (T & )r; >e>3:~&2
} NeG`D'
} ; Q`<{cFsU
xlS*9>Ij
这样的话assignment也必须相应改动: f4b9o[,s2e
P .m@|w&.K
template < typename Left, typename Right > .Mb[j1L^
class assignment ur\6~'l4
{ dY S(}U
Left l; !T][c~l
Right r; `.@sux!lu
public : YE{ [f@i0
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} .{h"0<x
template < typename T2 > BZ?C k[E]Z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } |cf-S8pwY
} ; TXmS$q
d@$|zr6
同时,holder的operator=也需要改动: pWGR#x'
{h7 vJ^
template < typename T > MhD'
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const oNAnJ+_
{ igfQ,LWe!
return assignment < holder, T > ( * this , t); &Mk!qE<:N
} ]=qauf>3
oCaYmi=:
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。 J8alqs7
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 + U5Q/g
,Gt!nm_
return l(rhs) = r; 3!{imQT
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。 oQ<[`.s
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: N3|:MMl
MO8}i?u=z
template < typename Tp > FOsd{Fw
class constant_t #dWz,e3
{ Lj<TzPzg*
const Tp t; P_1WJ
public : M?eP1v:<+G
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} e$Ds2%SaT
template < typename T > j8`
B
const Tp & operator ()( const T & r) const E+@Q
u "W
{ mvEhP{w
return t; Uz^N6q
} {fR\yWkt?
} ; C
e-ru)
tb+gCs'D
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 (XO=W+<'
下面就可以修改holder的operator=了 p|-MwCeH
SN}K=)KF#
template < typename T > mrP48#Y+l
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const S{+t>en
{ x|0C0a\"A
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); l/'GbuECm
} f=F:Af!
\%a0Lp{ I
同时也要修改assignment的operator() 89FAh6u E
Xxg|01
template < typename T2 > L1SKOM$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } .KA-=$~J1
现在代码看起来就很一致了。 bkV<ZUW|;
>zW2w2O3
六. 问题2:链式操作 [Km{6L&
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Dt:
Q$
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。 pux IJ
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。 ?'MkaG0g
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。 [gmov)\c
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct #KJ# 1
'v6@5t19j
template < typename T > UA6id|G
struct result_1 ttsR`R1.k
{ lvke!~#
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; V!He2<
} ; 2LtDS?)@
c4tw)O-X
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: 9Y:I)^ek
5^g*
template < typename T > 0Qt!w(
struct ref R5uG.Oj-2
{ bw P=f.
typedef T & reference; ,>a!CnK=
} ; j&d5tgLB
template < typename T > , _e[P
struct ref < T &> 1Toiqb/
{ P8z%*/
3NF
typedef T & reference; ,eyh%k*hz
} ; 8_('[89m
O
k`}\NZL
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: yJ $6vmQ
_re# b?
template < typename T > 4Hj)Av<O(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ( eTrqI`
{ zC2:c"E
I
return l(t) = r(t); BPO5=]W 7
} %F 2h C
x
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。 }(nT(9|
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 EK';\}
Nm?^cR5r
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 dR S:S_
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: &u>dKf)5
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 3a?-UT!
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 QHR,p/p
最后的布局是: w|9 >4
Add "2cOS PpQL
/ \ FH,]'
Divide 5 !Y~UO)u2
/ \ Y2r}W3F=
_1 3 Q@W/~~N
似乎一切都解决了?不。 kB
8^v7o
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。 9J3fiA_
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。 ?\V#^q-
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: B6
0
;4rhhh&