一. 什么是Lambda ~e@>zoM'^
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 utlpY1#q/
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, w>xV
gLE7Edcp6V
.r+hERcB
rC[6lIP
class filler 02AI%OOH
{ >yJ-4lgZ
public : 5wC* ?>/
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 4y}"Hy
} ; MVCl.o
"()sb? &
bVr*h2p
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: !SHj$Jwa'
\
u+xa{b|
H/~?@CE(YC
/DS?}I.*]
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); O$!*%TL
C.!_]Pxs
PWgDFL?
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ~:sE:9$z
&ogt2<1W
w8~K/>!f
O';ew)tI
二. 战前分析 IF
k
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 B`#h{ )[
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 x;BbTBc>
'3l$al:H^
Y^ve:Z
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Vs0 SXj
/* --------------------------------------------- */ zjX7C~h^Q
vector < int *> vp( 10 ); "u')g&
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); jkrx]`A{~
/* --------------------------------------------- */ BZ+-p5]-
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); h=RDO
/* --------------------------------------------- */ v$|mo;6
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); rE!1wc>L
/* --------------------------------------------- */ *8g<R
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); XbvDi+R2A
/* --------------------------------------------- */ ^Ip3A
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 3-wD^4)O,
q@#BPu"\l
+S {
f5dR 5G
看了之后,我们可以思考一些问题: uVU`tDzd:
1._1, _2是什么? o#i
]"
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 R e:T9K'e
2._1 = 1是在做什么? +GNWF%
zN
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ^3I'y
UsY
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 6!7Pm>ml
.{rbw9
}#N]0I)JI
三. 动工 s^|\9%WD
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: MR9/Y:Nm
KXBL
eR&^
L=1~ f-
s^C;>
template < typename T > saK;[&I*
class assignment {gkwOMW
{ Gi$gtLtNh
T value; 2>y:N.
public : Z$2L~j"=!
assignment( const T & v) : value(v) {} L~0&
Q
template < typename T2 > 71iRG*O
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ua& @GXvZ
} ; j=3-Qk`"/|
O2#S: ~h
,nE&MeJ
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 C6k4g75U2
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment }$)&{d G
,Aa|Bd]b
{rGYRn,
ph^4GBR
class holder ,t~sV@ap
{ G,DOBA
public : cF.mb*$K
template < typename T > 8W{~wg`
assignment < T > operator = ( const T & t) const d^aNR
Lv
{ {[3YJkrM
return assignment < T > (t);
^CQ1I0
} NWISS
} ; i:k-"
rt.[,m
i_Ar<9a~
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 9v?V
f'_S1\
static holder _1; 3}4#I_<$F@
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 1o#vhk/"+
A+2oh3
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Qp 69Sk@H{
而不用手动写一个函数对象。 Q&wYc{TUbm
#<}kISV0
N9*UMVU
%c0z)R~
四. 问题分析 {y/-:=S)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。 @W)/\AZ3
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。 ^Jtl;Q
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 00qZw?%K
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ?z"YC&Tp
下面我们可以对这几个问题进行分析。 U$09p;~$Ww
r /yHmEk&
五. 问题1:一致性 `r.N
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?| |KaR
n;BM
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 KL~AzLI
R\ q):,
struct holder @ay|]w
{ &:#A+4&
// yjv&4pIc1
template < typename T > s<#N]mp'
T & operator ()( const T & r) const i0i`k^bA
{ nr<.YeJ
return (T & )r; \d$Rd")w
} UhA_1A'B
} ; S]b
xQa+
VK$zq5D
这样的话assignment也必须相应改动: $$~a=q,P[
I9Om#m
template < typename Left, typename Right > N=<=dp(
class assignment 7A[Ogro
{ @dl<-
Left l; vhNohCt
Right r; s/PhXf\MN
public : z^9E;
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} {)uU6z
{'
template < typename T2 > M0L-u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } [nC4/V+-
} ; *CT.G'bQX
?0m?7{
同时,holder的operator=也需要改动: ac3_L$X[
@7]\y7D
template < typename T > <YSg~T
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const fxOE]d8v
{ e
%&
return assignment < holder, T > ( * this , t); }eI`Qg
} CJ:uYXJJ:z
KDX$.$#
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 IF^[^^v+H
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 CBIT`k.+
"s>
>V,
return l(rhs) = r; M-vC>u3Y
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 VZIKjrKs
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: r
/^'Xj'(
"W3W:vl!
template < typename Tp > 8Y7 @D$=w
class constant_t #*\Ry/9Q
{ l-Fmn/V
const Tp t; cJ2y)`
public : i5Eeg`NMl
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} i{P%{hVb
template < typename T > cu:-MpE
const Tp & operator ()( const T & r) const #*+;B93)
{ w}"!l G
return t; |iAEDZn
} fHLFeSfH
} ; S'|lU@PCl
B U'Ki \
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 $m{{,&}k
下面就可以修改holder的operator=了 oO8]lHS?@
xP42xv9U
template < typename T > /#@LRN<oCq
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ?{?Vy9'B
{ c
3}x)aQ
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); &^AzIfX}Gw
} Ia=&.,xub
*>G^!e.u
同时也要修改assignment的operator() f(^33k
*h>OW
template < typename T2 > bJANZn|H
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } bGhhh/n
现在代码看起来就很一致了。 $#F;xys
N'I?fWN!;R
六. 问题2:链式操作 #)Ep(2
现在让我们来看看如何处理链式操作。 A&D2T
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 _F! :(@}
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 D`1I;Tb#
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 Tw?Pp8'
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct lkI8{
(MZ A
template < typename T > e6Wl7&@6
struct result_1 3S;>ki4(0
{ /,=Wy"0TJ
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ": mCZUt
} ; I:r($m
H't `Q&]a
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: Bk\ *0B
?psOj%
template < typename T > K!pxDW}
struct ref Ej-=y2j{g
{ &z7N\n
typedef T & reference; L%TxP6z4A
} ; \Mobq
template < typename T > L&