一. 什么是Lambda zZ*\v
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 J%mtlA
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, RP1sQ6$
[42EqVR
$YztLcn
r-aCa/4y!
class filler $(=0J*ND"
{ xb22:
public : OoqA`%
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} u>y/<9]q8
} ; L55VS:'
pX LXkF?
@}+F4Xh,L
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: XK=-$2n
,}jey72/k
IB%Hv]
RAUD8Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ~M?^T$5
QGoBugU
%%h0 H[5*
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 YM<F7tp4
J7Y lmi
Bl1^\[#
4u}jkd$]*
二. 战前分析 o_@6R"|
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。 W#sCvI@
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
*Q XUy
Y-fDYMm
Y4j%K~lsY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); sG K7Uy
/* --------------------------------------------- */ WTX!)H6Zv
vector < int *> vp( 10 ); d"U'\ID2y
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ! a!^'2
/* --------------------------------------------- */ 3:ELYn
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); xwjiNJ Gj
/* --------------------------------------------- */ *\"+/
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); eX3|<Bf
/* --------------------------------------------- */ 3@8Zy:[8<
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); kl[Jt)"4@
/* --------------------------------------------- */ oa
q!<lI
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); dm`:']?
U0fr\kM
z5q(
c)B
<d#
看了之后,我们可以思考一些问题: 9JBVG~m+
1._1, _2是什么? 25wvB@0&
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。 -?Kd[Ma
2._1 = 1是在做什么? K^f&+`v6_
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。 ]rMHO
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。 S>nf]J`
B +<i=w
gWLhO|y
三. 动工 Dxp.b$0t
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: *h)|Ks
s.j6"
Q[W
A=bBI>GEYP
{O"N2W
template < typename T > oF {u
class assignment -(1GmU5v(
{ D9/PVd
T value; OkfnxknZ|
public : |:)ARH6l#
assignment( const T & v) : value(v) {} {T'M4y=)i
template < typename T2 > _<m yM2z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ^6i,PRScS
} ; d6vls7J/4
H*R4A E0
XZH\HK)K-]
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 k?VH4yA
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment .z}*!
Uxb>)36I
W0;MGBfb
O;H|nW}
class holder m>&:)K}m
{ w6<zPrA
public : F$nc9x[S
template < typename T > u.9syr
assignment < T > operator = ( const T & t) const "*JyNwf
{ i=AQ1X\s
return assignment < T > (t); a*bAf'=
} ;JV(!8[
} ; 3\E G
'8V>:dy>
6#upBF:
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: _]6n]koD,
kS1?%E,)q
static holder _1; <BX'Owbs!O
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 U])$#/ v
vHM,_I{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); s~n@|m9k
而不用手动写一个函数对象。 4ztU) 1
\Jm^XXgS
-&QTy
#CTeZ/g
四. 问题分析 9?.
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。 t~kh?u].j
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。 'H8;(Rw
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 u)9YRMl
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 L yNLz
m5
下面我们可以对这几个问题进行分析。 7x//4G
k r ga!,I
五. 问题1:一致性 bD4aSubN
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?| J e.%-7f
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 o%)38T*n3
-a`PW
struct holder &[qJ=HMm I
{
lqZUU92;
// wHE1Jqpo
template < typename T > TaNcnAY>9
T & operator ()( const T & r) const {jOV8SVL
{ GFfZ TA
return (T & )r; QUKv :;
} }2.0e5[
} ; 9six]T
v18OUPPX
这样的话assignment也必须相应改动: v!6IH
$q 9dkt
template < typename Left, typename Right > $b`~K MO
class assignment 4H_QQ6
{ v&r\Z @%
Left l; u )kQ*&
Right r; 'j'G4P_G
public : -n~%v0D8c
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} [iUy_ C=qp
template < typename T2 > 7QM1E(cMg
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ='Fh^]*5
} ; BI :O?!:9)
6S&OE k
同时,holder的operator=也需要改动: DW>|'w %
]*TW%mY
template < typename T > xV>sc;PEb
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 0@/C5 v
{ rq![a};~
return assignment < holder, T > ( * this , t); 'tn-o
} UoOxGo
<RJ+f-
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 EWK?vs
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 P\{}yd
&h'NC%"v
return l(rhs) = r; M~Ph/
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 5 nS}h76mZ
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: H{I,m-
DT[WO_=
template < typename Tp > o|Kd\<rY
class constant_t {VT**o
{ "] [u
const Tp t; i<-a-Z+^
public : 4;V;8a\A
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} NEW0dF&)
template < typename T > qx";G
const Tp & operator ()( const T & r) const t-?#x
{ w"
,ab j
return t; p@[n(?duC.
} +Y"HbNz
} ; K8 Hj)$E61
#8r1<`']!
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 pIl[)%F
下面就可以修改holder的operator=了 ]6@6g>f?
a3c43!J?M
template < typename T > gVI T6"/
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ^a?g~G
{ X]c>clk,
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ~*hCTqHvN
} j5MUP&/g3
;YYnIb(
同时也要修改assignment的operator() v{pW/Fu~
H?wf%0
template < typename T2 > :uB(PeAv*
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Nn-EtM0w
现在代码看起来就很一致了。 DA^!aJ6iF
:Ny^-4-N
六. 问题2:链式操作 f6`W(OiE
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ?e2G{0V
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。 oq[r+E-]$@
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 C=8IQl[^e
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 j026CVL
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct
[
@9a
@BMuov
template < typename T > & {=}U
struct result_1 [7h/ 2La#
{
/>2zKF?
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; to(lE2`.da
} ; q+{yv
KskPFXxP
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 3*#$:waGd
"1%\Fi l
template < typename T > Q& S 7_
struct ref ]e(\<R6Gf
{ <$Djags,F
typedef T & reference; DqA$%b
yyE
} ; FYIz_GTk
template < typename T > }gKY_e3
struct ref < T &> Xa_:B\ic
{ [BKOK7QK|
typedef T & reference; cK\'D
} ; %|B$y;q^3
)0zg1z
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 5#mHWBGd7
&Y1RPO41J
template < typename T > z-^/<u1p
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ta0 ;:o?/d
{ ;jh.\a_\
return l(t) = r(t); Oar%LSkPRz
}
Y}e3:\
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 dpcU`$kt
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 \d-9Ndp
nf
";TqYk=-
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 k,LaFe`W
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 7ea%mg\
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 TecWv@.
+5 调用divide的对象返回一个add对象。
t|C?=:_
最后的布局是: 5I[6 "o0
Add A u"BDP
/ \ TGuCIc0B{
Divide 5 t(1gJZs>kX
/ \ T'a&
_1 3 x\ 8gb#8
似乎一切都解决了?不。 zQoJ8i>
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。 R~BFZF>:
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。 _7<G6q2(
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: {EJ+
FTu<$`!1L
template < typename Right > +>Pq]{Uf1j
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const j-zWckT{
Right & rt) const 'j;i4ie>*x
{ ?dmwz4k0
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); s){R/2O3F
} K0Lc~n/
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 `d4;T|f+=
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 2XyC;RWJ%
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 DI[
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 Ymm*p,`
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 qdo_YPG
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? !'Ww%ZL\
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: K~+x@O*
jvhD_L/
template < class Action > Tsocc5gWZ*
class picker : public Action Y4N)yMSl"
{ M$e$%kPShE
public : #M<u^$Jz
picker( const Action & act) : Action(act) {} RmQ>.?
// all the operator overloaded 2=$ F*B>9
} ; )h1 `?q:5
2{S*$K[M
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。
j]m|}n
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: XsX];I{E,
3v3`d+;&
template < typename Right > S2?)Sb`
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ]W7&ZpF
{ Si68_]:^
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); at(gem
} (I;lE*>
gB0Q0d3\G,
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > M7ug<
8i
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 [ZD`t,x(
+1Pu29B0
template < typename T > struct picker_maker ~R7{gCqdr
{ RQ,X0pS
typedef picker < constant_t < T > > result; qWJap-hb
} ; {'cdi`
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > %:y"o_X_
{ j#${L6
typedef picker < T > result; &Qt1~#1
} ; R^rA.7T
PMe 3Or@
下面总的结构就有了: =cxG4R1x
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。 Vu,:rPqI
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。 )6
K)UA
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ?uXY 6J"
至此链式操作完美实现。 ZK8DziO
p7[&H