一. 什么是Lambda SJJ[y"GvD
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Qf
.ASC
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, ,O'#7Dj
<NYf !bx
l(<=JUO;
\,ko'48@
class filler JS^QfT,zE
{ ceUhCb
public : v\3
\n3[u
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} LK}*k/eG
} ; &*nq.l76X`
1zP)~p3a
Gpb<,v_3
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: Gm.sl},
hRFm]q
b;5&V_
h6(\ tRd!\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); QB"Tlw(
0|=,!sY
`mE>h4
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 7/969h^s
us7t>EMmB
!LX)
$[xS>iuD
二. 战前分析 Mjj5~by:
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。 Pl\r|gS;
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 5@-[[ $dk
>3qfo2K0
!K %8tr4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); [a[.tR38e
/* --------------------------------------------- */ b$JrLZs$_
vector < int *> vp( 10 ); ,vh$G 7D
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); _Oc(K
"v
/* --------------------------------------------- */ _wp_y-"
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); \5pBK
/* --------------------------------------------- */ +.2OZ3(
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Q^{XM
/* --------------------------------------------- */ z4iTf8
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 5kx-s6`!
/* --------------------------------------------- */ !x$6wzKa
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); r^v1_u,1I
crbph.0
/=K(5Xd
X? l5}
看了之后,我们可以思考一些问题: v 1VH&~e
1._1, _2是什么? W'Y?X]xr
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 }Sr=|j
2._1 = 1是在做什么? 5XzN%<_h9
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 dI?x(vw
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 L&,&SDr
]pq(Q:"P,5
0Lx,qZ'
三. 动工 eD,'M
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: .gclE~h.
oiTSpd-
h3rVa6cxM
xS+!/pBf"Y
template < typename T > %5ovW<E:
class assignment s`2q(`}
{ \#sdN#e;XA
T value; :LxsiDrF[
public : ;u*I#)7
assignment( const T & v) : value(v) {} I&wJK'GM`
template < typename T2 > 2)MX<prH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } =1+/`w
} ; X-y3CO:&@h
W QqOXF
&hcD/*_Z
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ;Qi0j<dXd
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment zhgvqg-
fl}!V4
ZKTY1JW_
FI"KJk'
class holder M3VTzwuf^S
{ T$"sw7<
public : d<cqY<y VA
template < typename T > NilnS!BM
assignment < T > operator = ( const T & t) const \gFV6 H?`
{ Y&j'2!g
return assignment < T > (t); KsSIX
} <)a7Nrc\T
} ; SajasjE!^1
e81+as
JLak>MS
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: G Ml JM
Yq>K1E|
static holder _1; {_R{gpj'
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 64qqJmG3
( _3QZ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ^6QzaC3
而不用手动写一个函数对象。 "BZL*hHq
ENy$sS6[D
~X(2F#{<{
AD~_n^
四. 问题分析 ~~3*o
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。 :(YFIW`59
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。 tTbfyI
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 UCo`l~K)qg
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 rV
fZ_\|
下面我们可以对这几个问题进行分析。 O$7cN\Z
zSagsH |W
五. 问题1:一致性 *Ksk1T+>
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| %)w7t[A2D
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 :7?n)=Tx
H5(:1
struct holder "0Z5cQjg
{ Zg9VkL6Z6
// Py\/p Fvg
template < typename T > 5fy{!
T & operator ()( const T & r) const >VppM `
{ Fh4Exl@6
return (T & )r; Z^c\M\`7
} O4cBn{Dq9
} ; &ZL4/e
aA]wFZ
这样的话assignment也必须相应改动: :W#?U yo
(QS 0
template < typename Left, typename Right > zeD=-3
class assignment r72zWpF!Ss
{ |$Cfm}
Left l; \olY)b[
Right r; )4RSo&9p`
public : p2
!w86 F
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 2^qJ'<2]M
template < typename T2 > +k V$ @qH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } )"J1ET,z
} ; 7NkMr8[}F
LbuhKL}VN
同时,holder的operator=也需要改动: <tW/9}@p9
sB!6"D5
template < typename T > :<v@xOzxx
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const YIF|8b\
{ ]*D~>q"#\
return assignment < holder, T > ( * this , t); 3G'cDemc
} o$ #q/L
5cb8=W-
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。 b3ys"Vyn
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 nG$+9}\UlP
)<$<9!L4x
return l(rhs) = r; <Ira~N
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。 "jf_xZ$H-
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: to?={@$]
U#%+FLX@w
template < typename Tp > Lb?0<
class constant_t I%{ 1K+V/
{ jW{bP_,"
const Tp t; XePGOw))O
public : 8\G"I
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} S263h(H
template < typename T > wScr:o+K>L
const Tp & operator ()( const T & r) const So=
B cX-
{ ^\r{72!y
return t; @ +a}O
} >vXS6`;
} ; ZH`(n5
^O}J',Fm%f
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 4wWfaL5"
下面就可以修改holder的operator=了 u4'B
4>/i,_&K K
template < typename T > xZ(d*/6E
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 53?Ati\Y)
{ iba8G]2
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); z/nW;ow
} gGx<k3W^
`XM0Mm%
同时也要修改assignment的operator() cYBjsN(!A|
6!8uZ>u%Vg
template < typename T2 > )@<HG$#
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } |{RCvm
现在代码看起来就很一致了。 !}sF#
R+2~%|{d
六. 问题2:链式操作 ],{M``]q
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ZZYtaVF:
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 w_DaldK*
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 s<oT,SPt
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 PS0/Ok
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct %/BBl$~ji
221}xhn5
template < typename T > Htfq?\ FD
struct result_1 P76gJ@#m
{ <sX_hIA^Fx
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; yZ]?-7
} ; deJ/3\t
I:0dz:T7*
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: a-AA$U9hj
[ua[A;K
template < typename T > V{~~8b1E
struct ref SjIDzNI5
{ z2Z}mktP
typedef T & reference; .EvP%A
m
} ; 93ggCOaYA
template < typename T > =1xVw5^F
struct ref < T &> Cq3Au%7
{ cQsSJBZ[v5
typedef T & reference; ]:m4~0^#-(
} ; MP.ye|i4Q
MZqHL4<|
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: ,XI=e=
g4{0
template < typename T > F~~9/#
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const T!Lv%i*|Y
{ %Aa_Bumf*:
return l(t) = r(t); )6eFYt%c
} @Y<fj^]k
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。 }:[MSUm5
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 O&}R
rDu?XJA
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 %d<UMbS^
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: LR'~:46#u
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ,Ek6X)|@
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 WI.+9$1:P
最后的布局是: %IDl+_j
Add (`u+(M!^
/ \ 'Mhnu2d
Divide 5 /||8j.Tm
/ \ = )4bf"~8
_1 3 -y[y.#o
似乎一切都解决了?不。 "{3MXAFe
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。 ;Wsl 'e/
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。 ]\]mwvLT
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: ymT]ow6C
prB:E[1
template < typename Right >
A7eYKo
q
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const [?(qhp!
Right & rt) const 2wgcVQ
Awa
{ 1_StgFu u
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \&U"7gSL
} [4@@b"H
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 8ZJ6~~h
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。 f#hmMa
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。 s?fEorG
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。 +ZV?yR2yn
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。 wo$ F_!3u
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? r 5+ MjR
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: - s2Yhf
Q5IN1
^=HF
template < class Action > QUF1_Sa
class picker : public Action &4)PW\ioY
{ 0UGAc]!/RZ
public : 238z'I+$G/
picker( const Action & act) : Action(act) {} zm4e+v-
// all the operator overloaded m`b:#z
} ; ie7TO{W
Ct:c%D(L
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 Tz7 R:S.
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: 1{
ehnH
g91xUG
template < typename Right > ZS@R ?
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const I;9DG8C&v*
{ 8^R~qpg%
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); `_"?$ v2F
} C\|HN=2eh
zE7)4!
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > qQS&K%F
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。 .
ywVGBvJ
QqcAmp
template < typename T > struct picker_maker M?kXzb\O
{ 5RY rAzQo
typedef picker < constant_t < T > > result; 2%MS$Fto
} ; |Z$)t%'
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > qSaCl6[Do
{ tMo=q7ig
typedef picker < T > result; APU~y5vG (
} ; pvRa
HDz"i
下面总的结构就有了: 9'KOc5@l^
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。 rKl
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。 :z$+leNH\
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 8P&z@E{y
至此链式操作完美实现。 -&QpQ7q1
NI C.c3
9Dyy&$s
七. 问题3 $us7fuKE
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 lH"VLO2l
mk6>}z*
template < typename T1, typename T2 > <u
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const D@k#'KU
{ :K!L-*>A9
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); (&/~q:a>
} j3>&Su>H4
4*UKR!sr
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: R]o2_r7N"}
q-e3;$
template < typename T1, typename T2 > Su'l &]
struct result_2 T\Jm=+]c!
{ Owh:(EJ"d
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; Tb]
h<S
} ; \x"BgLSE
<V#]3$(S
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? #O7phjzgD
这个差事就留给了holder自己。
]_4HtcL4
'9AYE"7Ydk
+.X3&|@k
template < int Order > ,@Elw>^
class holder; !ed0
template <> BIT<J5>
class holder < 1 >
x![ut
{ f6#1sO4"
public : jfZ)
template < typename T > _~!c%_
struct result_1 @rr\Jf""z
{ @~IZ%lEQsD
typedef T & result; BqOMg$<\[
} ; al4X}
template < typename T1, typename T2 > YO;@Tj2)x
struct result_2 gyCXv0*z
{ ^K^rl9
typedef T1 & result; A.<M*[{q
} ; >a: 6umY
template < typename T > z~;@Mo"*f
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const +@\=v}:
F
{ K!gocNOf
return (T & )r; t5S!j2E
} KU_""T
template < typename T1, typename T2 > tCu9
D
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ,6wGd aMR
{ vGp`P
return (T1 & )r1; PxJvE*6^H
} .y#>mXm>
} ; SFRYX,0m
kX:8sbZ##4
template <> ,go$6
class holder < 2 > f5.Be%
{ Vv>hr+e
public : zBqNE`
template < typename T > ?lIh&C8]X
struct result_1 YKa9]Q
{ p$6L_
*$
typedef T & result; EOf*1/Ih
} ; qvRs1yr?q
template < typename T1, typename T2 > tSaD=# v
struct result_2 1(
]{tF
{ H(Ad"1~.#
typedef T2 & result; l D]?9K29
} ; ;oRgg'k<
template < typename T > w#;y
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const SdJkno
{ z-`4DlJUS
return (T & )r; !Ee&e~"
} D*)"?LG
template < typename T1, typename T2 > 6,skF^
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const QQUZneIDp
{ 2%j"E{J&
return (T2 & )r2; h ?+vH{}j
} BNbz{tbX"
} ; 2O0<