一. 什么是Lambda 2b^E8+r9
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 $J!WuOz4^i
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, -mqL[ h,
&"mWi-Mpl
H.#zbKj
0+6=ag%
class filler )2: ,E
{ :[!b";pR
public : B(,j*,f
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} v9XevLs
} ;
p}(pIoyUF
fO,m_
OR:)
uQO\vRh0
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: IA^*?,AZy
UKzXz0
0i~?^sT'
cn2SMa[@S
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); *IIuGtS
L)9uBdF
Fr)6<9%xVm
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 iE,/x^&,&
"P8(R
_FP'SVa}D
6@-O#,]J
二. 战前分析 L&G5 kY`
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。 2}U:6w
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 ASULg{
&FY7
D<
}E#1Z\)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); }$@ EpM
/* --------------------------------------------- */ jq(QL%)_O
vector < int *> vp( 10 ); ]^I[SG,
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ,nSapmg
/* --------------------------------------------- */ z@U5
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); /5m ~t.Z9M
/* --------------------------------------------- */ 5q
_n69b
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); /TY=ig1z
/* --------------------------------------------- */ O7z5,-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); k FCdGl
/* --------------------------------------------- */ AQTV1f_
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Bj*
M
W
oD=+
cS RmC
gb}>x O
看了之后,我们可以思考一些问题: Vw+RRi(
1._1, _2是什么? @o>3
Bv.
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。 _bSn YhS
2._1 = 1是在做什么? E^? 3P'%^
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&!lu
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。 MR/gLm(8(
nTCwLnX(O
?JMy
三. 动工 I\@`AU
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: @6%o0p9zz
{ZKXT8'
\?"p]&2UcB
0X4I-xx#
template < typename T > `Hd~H
class assignment 0N):8`dY
{ oa6&?4K?F
T value; );d"gv(]D
public : o ^""=Z
assignment( const T & v) : value(v) {} ?63ep:QEk
template < typename T2 > G<Y}QhFU
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } K[l5=)G0L
} ; nx@,oC4
dWiX_&g
b{}ao
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 U3BhoD#f\
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment R<;;Ph
l`."rei%)
LL+PAvMg
a LJ
d1Q
class holder @0-vf>e3-
{ %PC8}++
public : $Z<x r
template < typename T > hkx (r5o
assignment < T > operator = ( const T & t) const :H>0/^Mg0
{ 96i#
return assignment < T > (t); }70A>JBw
} Kiq[PK
} ; GrI<w.9X
l<:\w.Gl
k(M(]y_
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: xM![
Xo3@-D_c!c
static holder _1; ]E^)d|_
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 xB5QM #w\
+ P<#6<gR
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); RaOLy \
而不用手动写一个函数对象。 ~W-5-Nl{s
C4)m4r%
BT"n;L?[
%H4>k#b@$
四. 问题分析 <[?ZpG
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。 rp=Y }
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。 i':a|#e>
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 pd-I^Q3-
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 NRazI_Z
下面我们可以对这几个问题进行分析。 eU\XAN#@
RLfB]\w
五. 问题1:一致性 o8~<t]Ejw
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?| 7m8(8$-6
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 }^2'@y!(
&Qq|
struct holder O bc>f|l]
{ EAlLxXDDh
// cp6I]#X
template < typename T > k:URP`w[X=
T & operator ()( const T & r) const %Z*N /nU
{ 9-!G Ya'Z
return (T & )r; Z9eP(ip
} 6G{ Q@
} ; klnk{R.>|
.-)kIFMi
这样的话assignment也必须相应改动: 8vQR'<,
?}#Iu-IA
template < typename Left, typename Right > F?t;bV
class assignment HSVl$66
{ }i J$&CJ
Left l; WEtPIHruyt
Right r; yW&ka3j\
public : l#Vg=zrT
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} D 9UM8Hxi
template < typename T2 > b@O{e QB
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 28vQ
} ; D@kf^1G
zbgGK7
同时,holder的operator=也需要改动: u<4bOJn({
}}Z2@}
template < typename T > y+KAL{AGK
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const VOIni<9y
{ MBAj.J
return assignment < holder, T > ( * this , t); )_Z^oH ]<
} F x^X(!)~]
L|B! ]}
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。 Q>71uM%e`
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 | AiMx2
_3.rPS,s
return l(rhs) = r; 0Ua=&;/2
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。 a$Hq<~46
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: {$hWz (
rzIWQFv
template < typename Tp > {)l Zfj}l
class constant_t 41<h|WA
{ VsL,t\67
const Tp t; :_6o|9J\t
public : :?\29j#*V
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} x-k-Pd
template < typename T > #%@bZ f
const Tp & operator ()( const T & r) const N=C t3
{ jmwN 1Se>
return t; JCnHEH
} ~6n|GxR.[
} ; qsW&kW~
<b,WxR`
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 U1y!R<qlp
下面就可以修改holder的operator=了 XjN=UhC
iv_3R}IbX
template < typename T > W9Azp8)p]
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const DSqA}r
{ IC'+{3.m8
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); \ YF@r7
} -LRx}Mb9
fYy w2"
同时也要修改assignment的operator() Mb2a;s
/)J]ItJlz
template < typename T2 > M?sax+'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } kE'p=dXx
现在代码看起来就很一致了。
Yc]k<tQ
1a(\F7
六. 问题2:链式操作 a5/, O4Q
现在让我们来看看如何处理链式操作。 xIm2t~io
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。 w/o^OjwQ
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。 qfl!>
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。 i*N2@Z[
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct V[kJ;YLPN
j[gqS%
template < typename T > XLpn3sX$
struct result_1 ,H"}Rw
{ m<3. X"-
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; jy.L/s
} ; 9ns( F:
A+M4=
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: oCOv
6(
[>?|wQy >=
template < typename T > a. D cmy{
struct ref G`%rnu
{ N\ Mdia
typedef T & reference; mv:@ D
} ; c!6v-2ykv
template < typename T > xI?'Nh
struct ref < T &> RP~67L
{ jbS@6 *_
typedef T & reference; n]#YL4j
} ; 3Y)z{o>P
6/wC StZ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: dLH@,EKl)
1VFCK&
template < typename T > ""
^n^$
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 3n7>qZ.d
{ x'}zNEXI
return l(t) = r(t); U`~L}w"
} ,/p+#|>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。 -V2`[k
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 bz nMD
/!Ag/SmS!9
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 4>d]0=x
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 4/ q
BD
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 a^[s[j#^,
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 \TDn q!)?
最后的布局是: fgF@ x
Add Q{miI
N
/ \ 6O0aGJ,H
Divide 5 gt~u/Z%
/ \ hD, |CQ
_1 3 G$CSZrP.
似乎一切都解决了?不。 E4.A$/s8[
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。 [' iEw!
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。 2$o\`^dy
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ]xJ.OUJy
2jkma :$'
template < typename Right > I,]q;lEMt
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const zQu9LN
Right & rt) const 2Ib
1D
{ ]j$(so"
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [I<J6=
} !i@A}$y
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 I58$N+#
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 'bg'^PN>z
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 ,WW=,P
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 z 61F q
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 LA/Qm/T
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? #)S&Z><<
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: z XU r34jF
wqzpFPk(
template < class Action > ]z#Ita;
class picker : public Action KhL%ov
{ :}gEt?TUhs
public :
q$K}Fm1C
picker( const Action & act) : Action(act) {} |fgh
ryI,
// all the operator overloaded iYlkc
} ; 2zX9c<S=5
$) qL=kR
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。 ,*m|Lt%;R
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: G6JP3dOT
lB#7j
template < typename Right > s<3M_mt
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const <;1M!.)5
{ |~rKD c
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); -q?,
} .5 {<