一. 什么是Lambda S8kzAT
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 dPpJDY0
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, F#L1~\7
mA.,.<xE@
)l!
/7WKY
1_!?wMo:f
class filler :_xfi9L~W0
{ 7f
k)a
public : m rsmul{
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} }pf|GdL
} ; pl[@U<8aw
F
=*4]O
31 <0Nw;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: S"?fa)~
N<b2xT
IUEpE9_
#^]vhnbN
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); lw~
V
Xm|~1 k_3
){)-}M
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 h*40jZ
YL!{oHs4
'
=5B
Id`V`|q
二. 战前分析 Nr]Fh
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。 $kN=45SR
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 oj{CNa
\1<|X].jNY
^>ir&$
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ia_@fQ
/* --------------------------------------------- */ ,W[J@4.
vector < int *> vp( 10 ); DrioBb@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); G9Kck|50
/* --------------------------------------------- */ uxDM
#
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); } LC
/* --------------------------------------------- */ (K8Ob3zN_
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 2ry@<88
/* --------------------------------------------- */ 'oY#a9~Z{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 0fvOA*UP
/* --------------------------------------------- */ {PxFG<^U
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); J;^ PM:6
%GY'pQz
H"UJBO>$
f@hM ^%
看了之后,我们可以思考一些问题: uY>M3h#qx
1._1, _2是什么? ZB)R4
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。 ?_bFe![q
2._1 = 1是在做什么? iSoQ1#MP)2
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。 XKws_
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。 vOz1& |;D
-8FUR~WJ
,m]5j_< }
三. 动工 Bf#cBI
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: R3a}YwJFXF
-@_v@]:
Q 318a0
-L]-u6kC[
template < typename T > 1|"BpX~D
class assignment x$o^;2Z
{ b FajK;
T value; _ {wP:dI "
public : )kI**mI}
assignment( const T & v) : value(v) {} 7p]Izx8][
template < typename T2 > Ic_NQ<8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } >l AtfN='
} ; +e2:?d@
4P1}XYD-2
KgkRs?'z
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 N2'aC}
I
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment j:'g*IxM_
YK6'/2!
[yk-<}#B
F{a;=h#@Q
class holder t>?tWSNf
{ EZ|v,1`e
public : 4LB8p7$|a3
template < typename T > E}S%yD[
assignment < T > operator = ( const T & t) const n6WKk+
{ 8aW El%
return assignment < T > (t); &R@([=1
} EmcLW74
} ; s^eiym P
YcDKRyrt
}kr?+)wB
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: r)}U
'iv*%
T#3@r0M
static holder _1; /A-WI x
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 :(X3?%
u)<s*jk
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); -c0ypz
而不用手动写一个函数对象。 7>j~;p{
{LF4_9 =
CKK}Z;~:
77)WNL/
x
四. 问题分析 RM `qC
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。 yTd8)zWq
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。 L0!CHP/nRS
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 W!? h2[
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 S$Zi{bU`G
下面我们可以对这几个问题进行分析。 \*e\MOp6
BXYH&2]Q
五. 问题1:一致性 S=mqxIo@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?| m!%aB{e
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 thJ~*
0^
_;;Zz&c
struct holder %;dj6):@
{ (XVBH1p"
// oXnaL)Rk
template < typename T > ,oA<xP-*
T & operator ()( const T & r) const esnq/
{ 6ABK)m-y
return (T & )r; [#q>Aq$11
} W~ET/h
} ; l^Rb%?4Z
LQ# E+id&
这样的话assignment也必须相应改动: kzRJzJq uP
I8
:e`L
template < typename Left, typename Right > s4"OsgP+
class assignment gk%@& TB/
{ rYr*D[m]
Left l; n^T,R
Right r; kUgfFa#_
public : DaQl ip
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} R);Hd1G
template < typename T2 > ~bhS$*t64
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } rtj`FH??11
} ; \]u;NbC]
G*@!M%/
同时,holder的operator=也需要改动: ?FAI@4
Y/FPkH4
template < typename T > h0rPMd(K
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 9VnBNuT
{ IQ
I8v
return assignment < holder, T > ( * this , t); T[bC Y 6
} RPW46l34
h<LFTYE@
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。 E7MSoBX9M
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ",$_\l
f_jhQ..g<g
return l(rhs) = r; AzOs/q8O
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#=TR_@:
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: <:}nd:l1
H3D<"4Q>
template < typename Tp > XnQR(r)pR2
class constant_t jb.H[n,\
{ W#p7M[
const Tp t; Oo|PZ_P
public : Ur(R[*2bx
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} r0XEB,}
template < typename T > Db,"Gl
const Tp & operator ()( const T & r) const -^xbd_'
{ eluN~T:W
return t; @&ZQDi
} "=djo+y
} ; pd|KIs%jl
J ay"
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 \l~^dn}
下面就可以修改holder的operator=了 i41~-?Bc
OM*c7&
template < typename T > 4 O!2nP
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const %y6(+I#P
{ Qq<@;4
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); gc.Lh~
} #J"xByQKK
N*o{BboK;
同时也要修改assignment的operator() UZyg_G6
q!ZM Wg
template < typename T2 > |58HPW9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } @Vre)OrN#
现在代码看起来就很一致了。 0<uek
Ek_5% n
六. 问题2:链式操作 y7,I10:D
现在让我们来看看如何处理链式操作。 =SfNA
F
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。 >rCD5#DG
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。 {o}U"b<+Ra
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。 )L:zr#
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct [IL*}M!
><<>4(eF p
template < typename T > @NL cO}
struct result_1 gM&IV{k3
{ ?b;2PH"
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; $Nu{c;7"
} ; F8f}PV]b
h'y%TOob
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: X-c|jn7
w4U,7%V
template < typename T > y{%0[x*N<m
struct ref 0gd`W{YP
{ wFJf"@/vJ
typedef T & reference; 3p0v
} ; >h\y1IrAaG
template < typename T > Eomfa:WL
struct ref < T &> 7D6`1&
{ _K^Q]V[nZ
typedef T & reference; 0bTj/0G?
} ; 4&}%GH>}
u 272)@R
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Bf utmI
paqGW]
template < typename T > *N">93:
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const =;rLv7(a
{ YM}a>o
return l(t) = r(t); F]aoTy
} h?mDtMCw2
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 S,m(
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 \P<aK$g
5Gz!Bf@!!
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 2S?7j[@%i`
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: >,e^}K}C
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 =;Gq:mHi
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Vrt$/ d
最后的布局是: F9fLJol
Add Z`Y&cK