一. 什么是Lambda r1Cq8vD*m
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 G!m;J8#m(
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, `v1~nNoY
ndB*^nT
>U'gQS?\]
JAcNjzL
class filler e!O:z
{ n%:&N
public : Gw}b8N6E
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Yu9.0A_) :
} ; "Bbd[ZI8
H=7Nh6v
RB/;qdqR
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: 2o9IP>#u
^>!~%Vv7!
Z "g6z#L&
%(n^reuP
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 5_Opx=
m^ [VM&%
0@PI=JZ%
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 \I`g[nT|
!3Me
6&$O
Z?tw#n[T
Q?TXM1Bp
二. 战前分析 ~l>2NY
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。 ,O]AB
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 b R;Wf5
.</.(7
+c_8~C
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Cu+u'&U!
/* --------------------------------------------- */ |9cSG),z
vector < int *> vp( 10 ); 2XGbqZj
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); b_j8g{/9
/* --------------------------------------------- */ )MJy
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); :#zv,U&OC
/* --------------------------------------------- */ @Tg +Kt
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); TZ+2S93c
/* --------------------------------------------- */ 0vm}[a4+i;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); $y&1.caMa
/* --------------------------------------------- */ h9 &V
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); [?Ub =sp
5uufpvah
0ge^pO\Z
K~JXP5`(
看了之后,我们可以思考一些问题: L=WB'*N
1._1, _2是什么? [e+$jsPl
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。 y?s8UEC
2._1 = 1是在做什么? vs~lyM/
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。 r 2L=gI
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。 D1VM_O
p~w|St7jg
#yVMC;J?W
三. 动工 &BDdJwE
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: k|c=O6GO
qEbzF#a-:
k_<8SG+`
#XlE_XD
template < typename T > `Gp!Y
class assignment _C97G&
{ N>}2&'I
T value; [5Dg%?x
public : *PVv=SU
assignment( const T & v) : value(v) {} d(-$ {
c
template < typename T2 > f:-dw6a=s
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } )c$)am\I{
} ; W=k%aB?p
Ly$s0.!
z.7'yJIP#
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 )bGd++2
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment sB,>4*Zd
9k@`{+wmZ
X519}
l3
Qb;5:U/x
class holder SAEV "
{ 32sb$|eQq
public : $q6'VLPo
template < typename T > s *B-|
assignment < T > operator = ( const T & t) const }@V,v[&e
{ dn1Tu6f;|
return assignment < T > (t); pH1 9"=p<
} HjFY>(e
} ; Hf'yRKACj
@Sl!p)
j>0~"A
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 9#;UQ.qA
igW>C2J
static holder _1; 3[jk}2R';p
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ^:RDu q
Nh[{B{k
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); [}OL@num
而不用手动写一个函数对象。 *ppb4R;CW
j;k(AM<
H?=D,
7BX%z$_)A
四. 问题分析 *0^t;A+
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。 '*KP{"3\
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。 DjT ekn
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 M\s^>7es
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Qp?n0WXZ
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ^gdg0y!5~
-e{H 8ro
五. 问题1:一致性 E5%ae (M^
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.7Xvx0Yww
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 p ?HODwZ
}fo?K|Xx
struct holder 79^on8 k}
{ 2,>q(M6,EA
//
qKL_1
~
template < typename T > %V$ujun`
T & operator ()( const T & r) const N!fp;jvG
{ TLL.Ch|#Y
return (T & )r; Wb4%=2Qn
} \4SFD3$&
} ; QsmG(1=
] 05Q4
这样的话assignment也必须相应改动: 1?(mE7H#
tc{23Rf%
template < typename Left, typename Right > b'N"?W^YQ
class assignment aNW&ib
{ P-~Avb
Left l; ~X;(m<f2
Right r; #oYX0wvl
public : nDvny0^a
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} >NwrJSx
template < typename T2 > u%O^hcfb
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } fxLhVJ"b
} ; J<_&f_K0]
LwUvM
同时,holder的operator=也需要改动: aAko-,URC
!qH=l-7A
template < typename T > MjU>qx::
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const )`rC"N)
{
=*'X
return assignment < holder, T > ( * this , t); ftq~AF
} 'q[V*4g
33\b@F7b
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。 -o#0Yt}3
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 +V|]:{3W
/$rS0@p
return l(rhs) = r; nWZrB s
_
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 YKh%`Y1<
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: qc\o>$-:`
}7$\F!R
template < typename Tp > aG|)k,
class constant_t _@jKFDPL
{ )K2n!Fbd
const Tp t; NUL~zb
public : #G#gB
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} p,D/ Pb8
template < typename T > yB.6U56
const Tp & operator ()( const T & r) const McnP>n
{ kXX RMR
return t; raJyo>xXb5
} `T9<}&=!
} ; ]Wa,a
T'
4
qW)R{%
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 n?,fF(
下面就可以修改holder的operator=了 bM^'q
<6apv(2a
template < typename T > g6W.Gl"5\w
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const y+:<
{ cDTDim1F
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); .
~|^du<X
} 0t4i'??
F"23>3
同时也要修改assignment的operator() N&>D/Z;"
QW2% Gv:
template < typename T2 > \iVYhl
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 1<R
\V
现在代码看起来就很一致了。 sZ4H\
|E7]69=P
六. 问题2:链式操作 ~`N|sI,
现在让我们来看看如何处理链式操作。 G8oQSo;D
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 \+Cp<Hv+
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 xDlC]loi7
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 3YT _GW{
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 'ZDa *9nkF
Dkdm~~Rr
template < typename T > \aW5V: ?
struct result_1 jA]xpf6}
{ v5$zz w
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; A`r&"i OKA
} ; fCVSVn"o
jN {ED_
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: b'{D4/
YT:5J%"
template < typename T > .HtDcGp
struct ref 2C8M1^0:Z
{ vOP[ND=T
typedef T & reference; *@Qt*f
} ; v^E5'M[A
template < typename T > cALu
struct ref < T &> RZ.5:v6
{ )US)-\^
typedef T & reference; JqZ%*^O
} ; Aio0++r-
"iydXV=Q
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: vMI \$E&
$Y4
Ao-@
template < typename T > TM RXl.1
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const _88~uYG
{ )t.q[O`
return l(t) = r(t); >ab=LDoM
}
:D/R
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 #e0+;kBh
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 jf2E{48P
(HJ60Hj
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 Yp;x
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: "{:*fI;!
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 _6[NYv$"
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ~gAx
最后的布局是: }z*p2)v`
Add R`<E3J\*
/ \ z DK+8
Divide 5 bIhL!Ty T.
/ \ +*!!
_1 3 RcE%?2lD
似乎一切都解决了?不。 ]zm6;/S
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。 2-CK:)n/#
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。 s-DtkO
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: l;C_A;y\
BdYh:
template < typename Right > 4q~E\l|.5
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const &Y&zUfA
Right & rt) const r9U1 O@c
{ 9PBmBP~
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); a|>MueJ
} AuCVpDH
下面对该代码的一些细节方面作一些解释
aqN.5'2\
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。 5Tu.2.)N
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。 n#R!`*[
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。 *5NffiA}-
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。 _96&P7
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? JSL 3.J
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: &0"`\~lA
+(<f(]bG
template < class Action > TvP# /qGgG
class picker : public Action )2A4vU-IR.
{ oa4}GNH
public : r5"/EMieh
picker( const Action & act) : Action(act) {} E0|aI4S4
// all the operator overloaded 83n: h08
} ; N$+"zJmw&