一. 什么是Lambda d.
ZfK
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 .
g- HB'
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, b1G6'~U -
'&$zgK9T?
f{uS
;f=.SJF
class filler wFjQ1<s=
{ e
[6F }."c
public : Ggy?5N7P
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} N^AlhR^
} ; Spn)M79
/1uGsE+[
HVzkS|^F
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: ;= 1[D
4UK>Vzn
:Ys
;)W+R
X":2o|R
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); d=
?lPEzSA
Z?WVSJUVf
s(e1kk}"
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 p*Yx1er1
7]~|dc(
<9T,J"y
b
`bg`}x
二. 战前分析 +;=>&XR0m
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 /c6]DQ<?
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 o)$eIu}Wg
8VuLL<\|
0k4XVd+Nv
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); [k&7h,
/* --------------------------------------------- */ w,_LC)9
vector < int *> vp( 10 ); O[z6W.
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }:QoY Nq
/* --------------------------------------------- */ >/NegJh'F}
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); .~TI%
/* --------------------------------------------- */ NG23
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); W|(<z'S
/* --------------------------------------------- */ D&pX0
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); *SlWA)9Y
/* --------------------------------------------- */ D- O{/
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); (cV1Pmn
-Owb@Nw
7Jd&9&O U
J6ed
看了之后,我们可以思考一些问题: t<RPDQ>
1._1, _2是什么? Kaaz,C.$^
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。 [Z&<# -
2._1 = 1是在做什么? EMdU4YnE"
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。 qT&zg@m
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。 oel?w e6
wDW/?lT&
M(uJ'Ud/!
三. 动工 73_-7'^mQ
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ;e9&WEG_\
+_QcLuV,
P"Z1K5>2L
g@pK9R%wH<
template < typename T > J HV
class assignment fhNJB0
{ !89hO4 0r
T value; gvL*]U7
public : -KfMKN~
assignment( const T & v) : value(v) {} Og8%SnEpMI
template < typename T2 > JXR]G
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 1/6}E]-F
} ; WM4,\$
!lA~;F
B]mMwqM#
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 3C'6i
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment $vn)(zn+
Bgp%hK
OYb:);o,iE
|`fuu2W!
class holder I]3!M`IMG
{ 4vkqe6
public : ?sR(
template < typename T > W@zuN)U
assignment < T > operator = ( const T & t) const !1A< jL
{ L"0?g(<
5
return assignment < T > (t); fN:FD`
} jM-5aj[K
} ; H
]!P[?
;lt8~ea
c `.BN(
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: 77wod}h!:
-3 "<znv
static holder _1; ^g"p}zf
L"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Vi0D>4{+
QjYw^[o
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %;<g!Vw.k
而不用手动写一个函数对象。 L|;sB=$'{
ZF8`=D`:R
!DHfw-1K
P^U.VXY}
四. 问题分析 H^vA}F`
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。 4$U^)\06W
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 /;!I.|j
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 E]S:F3
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 K$r)^K=s
下面我们可以对这几个问题进行分析。 .YP&E1lNi
@2hOy@V
五. 问题1:一致性 }9!}T~NMs
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?| `)MKCw$e
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 q!~DCv df
>;VZB/d
struct holder #q-fRZ:P
{ TefPxvd
// /s+S\
djk
template < typename T > -"^xg"
T & operator ()( const T & r) const rhly.f7N=A
{ {>XoE %
return (T & )r; xr7M#n
} 4X+I2CD
} ; %%)y4>I
Tks"GlE*D
这样的话assignment也必须相应改动: 3-kL0Q["
hTcU
%Nc
template < typename Left, typename Right > ={;+0Wjb8
class assignment 5w+&plIJ
{ ?{5}3abB`
Left l; lvNi/jk
Right r; yNU}1_oK
public : _+~&t9A!
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} "<%J^Z9G
template < typename T2 > o|#F@L3i
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } /E i e5p
} ; +Yc@<$4
wjgF e]
同时,holder的operator=也需要改动: \'iy(8i
]!a?Lr
template < typename T > 9wO2`e )
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const /N obS'd
{ fL]jk1.Xv-
return assignment < holder, T > ( * this , t); ?,%PemN
} whrDw1>(
BNFYUcVP
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 PAxR?2m{
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 'fk6]&-I
?5,I`9
return l(rhs) = r; ZvO1=*
J,
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 ~`B]G
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: W/CZ/Mc
ta
PqRsvu
template < typename Tp > In+2~Jw/2!
class constant_t #^$_3AY
{ F2EX7Crj
const Tp t; =qL^#h83y
public : 2~B5?(g
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ugTnz$
template < typename T > A4b+:MQ*OX
const Tp & operator ()( const T & r) const Nw-U*y
{ dy'lM ;@-
return t; U}5]Vm$]
} D0TFC3.k}
} ; dxtG3
_sy]k A
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 @L0)k^:
下面就可以修改holder的operator=了 !(Q@1c&z
>B*zzj
template < typename T > ~,xso0
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const O'3/21)|y
{ 0($On`#
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 6E^9>
} }m7$,'C%P
)ZFc5m^+u
同时也要修改assignment的operator() DnW/q
J(=y$8xje
template < typename T2 > (N)>?r@n`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } uK1VFW
现在代码看起来就很一致了。
a3a:H
_5$L`&
六. 问题2:链式操作 crSqbL
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Y4X`(\A
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。 {SRD\&J[
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。 fE3%$M[V7
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 }1lZW"{e[
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct )V*`(dn'zm
?U1Nm~'UZ
template < typename T > T1x67 b
u
struct result_1 NX:\iJD)1U
{ JLjs`oqh
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; }_@p`>|)rB
} ; -9o7a_Z
1F3Q^3+
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 2k&Voa
Pt-O1$C[
template < typename T > W ,v0~
struct ref wqJl[~O$
{ pE X Q
typedef T & reference; /WK1( B:
} ; P.1Z@HC
template < typename T > 6VJS
l%X
struct ref < T &> 40dwp*/!
{ D>Rlm,U
typedef T & reference; '- #QK'p
} ; G-sQL'L[U
A* Pz-z>z
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: D*sL&Rt][Y
EV-# E
template < typename T > Bqb`WX[<`
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 'R42N3|F
{ zvdIwV&oT
return l(t) = r(t); , E$f"
} Q]VG6x
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。 i<=2 L?[.I
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 j7NOYm5N
Z
J1@z.
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 !:tr\L {
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ld 1[Usaq
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 <JvYCWX`
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 cjd-B:l
最后的布局是: X;#Ni}af
Add 7-\wr^ll3
/ \ we@*;k@_
Divide 5 U!JmSP
/ \ Xf
mN/j2
_1 3 ,\d03wha
似乎一切都解决了?不。 ?wn<F}UH
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。 lZ <D,&
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。 ?Jgqb3+!o
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: C 20VSwd
Rz6kwh=q
template < typename Right > -@B6 $XWL
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const JRAU|gr
Right & rt) const HIfi18
{ F5M|QX@-
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); wgq=9\+&
} ejbtdU8N<
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 !X-ThKEq
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 eiRVw5g
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 WHfl|e
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 R$+"'N6p
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。 SbsdunW+?
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? Rd5pLrr[0)
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: ^$RpP+d
VD =f 'D
template < class Action > P\z1fscnK
class picker : public Action aQzmobleep
{ {BJH}vV1)
public : #Pg?T%('`
picker( const Action & act) : Action(act) {} |It{L0=U
// all the operator overloaded !d[]Qt%mA
} ; rhGB l`(B
HW"5MZ8E
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 s:z
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: _)4zm
C]ax}P>BQ
template < typename Right > M*~X pT3
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const 7; ?7q
{ f3:dn7
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); RK)ikLgp
} u9]M3>
%+UTs'I
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ft iAty0n
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 Lw?>1rTT/
V|{~9^
template < typename T > struct picker_maker >N}+O<Fc
{ <xH!
Yskc
typedef picker < constant_t < T > > result; TY` R_
} ; v`:!$U*
H=
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > .cmhi3o4
{ 2(Yt`3Go(
typedef picker < T > result; !MmbwB'
} ; A-$C6q
* )HVK&