一. 什么是Lambda "RLv{D<)J,
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 cCO2w2A[*
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, Jo4iWJpK
YK )e
]B3f$;W
;P9cjfSn
class filler @w73U;9\
{ G1G*TSf
public : Lb} $)AcC
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} GDY=^r
} ;
$M|
]h?p3T$h
N^%7
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: u_jhmKr~
4#lOAzDtv
[(m+Ejzi%
][ 1
iKT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); # b94S?dq
zy'cf5k2
JXq l=/%
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 &sg~owz
9z kRwrQ
f]48>LRE8
Eh&-b6:
二. 战前分析 ~zhP[qA})
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。 PIM4c
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 % 9} ?*U
AI#.G7'O
}fh<L CwTi
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); [(*?
/* --------------------------------------------- */ 2k M;7:
vector < int *> vp( 10 ); \^x`GsVy
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); E-Y4TBZ*
/* --------------------------------------------- */ kV:T2}]|H
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); UZx8ozv'
/* --------------------------------------------- */ P@FE3g
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); !yD$fY
/* --------------------------------------------- */ tA{hx-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); x*!%o(G
/* --------------------------------------------- */ \EW<;xq
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); qu%}b>
)Y:C'*.r
,vB~9^~
x};sti R
看了之后,我们可以思考一些问题: $3]]<oH
1._1, _2是什么? SGP)A(,k9
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 9i+.iuE%Bu
2._1 = 1是在做什么? ndHUQ$/(
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。 `l0"4[?
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。 xTf|u
D\^\_r):
T!Nv
三. 动工 jJyS^*.X
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: w@x||K= Z
v,d'SR.
d-`z1'
::sk)
template < typename T > <lTLz$QE
class assignment #Q@~TW
{ 7mA:~- .u
T value; >hO9b;F}
public : /~3kkM(Ty
assignment( const T & v) : value(v) {} JKA%$l0
template < typename T2 > J~|:Q.Rt`
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } c\OLf_Uf
} ; LG;U?:\
B{!*OC{l
!OV+=Rwdx
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 e#!p6+#"
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment @:t2mz:^i
L~E|c/
n;e.N:p
sFw;P`
class holder [oOV@GE
{ a/xnf<(H
public : }U@(S>,%
template < typename T > 5#~E[dr
assignment < T > operator = ( const T & t) const <-"[9 w
{ x9\]C'*sO
return assignment < T > (t); ={\9-JJhE
} 4}NCdGD
} ; +}iuTqu5
b<j*;n.
5M\bH'1
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: f&!{o=
|:pBk:
static holder _1; RMlx[nsq
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 LwcAF g|
E| y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7X <#
而不用手动写一个函数对象。 Y'yGhpT~
+NTC!/
M8${&&[;
t8.^Y TI
四. 问题分析 MH/bJtNq
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ~uu{
v')
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 cnB:bQQK8
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 b\p2yJ\
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 mD7kOOMY
下面我们可以对这几个问题进行分析。 dy4~~~^A
^00C"58A
五. 问题1:一致性 #N'bhs
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| !+(H(,gI
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 =-]NAj\
H`
h]y
struct holder h/]));p
{ Q2"K!u]
// S3^(L
template < typename T > ")9jt^
T & operator ()( const T & r) const H3+P;2{
{ 465?,EpS
return (T & )r; :@~mN7O*
} byPqPSY
} ; |%@pjJ`3
P52qt N<
这样的话assignment也必须相应改动: Sb^o`~ Eh
^1bM=9]F0
template < typename Left, typename Right > XA\wZV
|{
class assignment V W( +sSQ
{ =g$%jM>35
Left l; ^bECX<,H
Right r; EZ[e
a<
public : P98g2ak
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 8;O /x
template < typename T2 > kV4,45r
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } "] ]aF1
} ; mXI'=Vo!S
6L3i
同时,holder的operator=也需要改动: 2FQTu*p&B
>aT~G!y
template < typename T > 7GRPPh<4
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const a}[rk*QmZ
{ M/kBAxNIC|
return assignment < holder, T > ( * this , t); ?~ <NyJHN%
} ]{18-=
6t3Zi:=I
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-qz-cR
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 EP{/]T
aa}U87]k
return l(rhs) = r; Z<#h$XUA
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Lc0=5]D
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ;Qidf}:
=lL)g"xX
template < typename Tp > Tr,
zV
class constant_t n@J>,K_B
{ 's$/-AV
const Tp t; aVp-Ps|r
public : ZUS06#t}
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} m}'!W`<
template < typename T > rW+}3] !D/
const Tp & operator ()( const T & r) const + aWcK6
{ P?+
VR=t
return t; r%%@~ \z
} G,6 i!M
} ; /]2I%Q
tc{Qd&"(
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ut.tf \c
下面就可以修改holder的operator=了 mp8Zb&Ggb
,3Nna:~f
template < typename T > ?;ZnD(4?
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const $`<-;kI
{ [= Xb*~
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); IGo+O*dMw
} Jt3*(+J>/
uCc5)
同时也要修改assignment的operator() &.JJhX
}j{Z
&(K
template < typename T2 > "p[3^<~uQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Y)7\h:LIg
现在代码看起来就很一致了。 I2z6iT4nB
XW:%YTv
六. 问题2:链式操作 BOv ^L?)*Z
现在让我们来看看如何处理链式操作。 = VMELk!z
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 zN/nKj: Q
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 p ^Y2A
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 b1yS1i
D
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct bd[iD?epD]
Kf`/ Gc!
template < typename T > -_bDbYL
struct result_1 S7j U:CLJ
{ m`n#Q#6
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; oWq]\yT<`
} ; UTqKL*p523
r`e6B!p
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: ?=b#H6vs
)NO,G
template < typename T > J7@Q;gcl:
struct ref d3NER} f4V
{ Qjmo{'d
typedef T & reference; zpg512\y
} ; {FR+a**
template < typename T > zb.sh
struct ref < T &> ,_@) IN
{ u/%Z0`X
typedef T & reference; a\KM^jrCD
} ; cCcJOhk|d
NT{'BJ
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: izLB4pk$
[X kWPx`
template < typename T > S~M/!Xb
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ps*iE=D
{ 'N`x@(
return l(t) = r(t); BwVq:)P/R
} vd/ BO
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。 8L[\(~Zf
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 czK}F/Sg `
7A{Z1[7
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 f;!L\$yKy
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: HBA|NV3.
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 o1H6E1$=
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ~I]aUN
最后的布局是: V!s#xXD }
Add fC/P W`4Ae
/ \ F(w<YU%6
Divide 5 CKX3t:HP0
/ \ +No Ve#
_1 3 1*:BOoYx
似乎一切都解决了?不。 SVPksr
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。 $5@[l5cJU;
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 ]ClqX;'weJ
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: y2nT)nL
qR
kPl!5
template < typename Right > D4*_/,}
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const rr2^sQ;_
Right & rt) const pv^: G;
{ RY\0dv>
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); {ITxHt
} 4^!%>V"d/
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 |#Q0UM|'Q
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 10tTV3`IM
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 a[=ub256S
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 h]}DMVV]
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 dwb ^z+
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? T*k}E
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: M$} AJS%8
mqDI'~T9 u
template < class Action > (W#^-*$R
class picker : public Action rpEN\S%7P
{ H-eHX3c7
public : )U{\c2b
picker( const Action & act) : Action(act) {} 9 $^b^It
// all the operator overloaded eL
[.;_
} ; {&J
OO
ITD&wg
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 *P?Rucg
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: c`oW-K{
vZPBjloT!.
template < typename Right > WsT
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const W)L*zVj~
{ :W$-b
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); -4obX
} !1l~'/r
I(b]V!mj:
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > :g{ybTSEe
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。 >b8-v~o{
m14'u GC
template < typename T > struct picker_maker <VhD>4f{]
{ wWM[Hus
typedef picker < constant_t < T > > result; Yi <1z:\
} ; (^58$IW71
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > N9~'\O$'7
{ x#hSN|'"
typedef picker < T > result; [J55%N;#1
} ; f[?JLp
@0%[4
下面总的结构就有了: *DQa6,b
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。 ep{/m-h(!_
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。 xRZ/[1f!
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 hRqr
至此链式操作完美实现。 DeI3(o7
u[nLrEnD
UYzNaw4/x
七. 问题3 wJu9.
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。 z}Um$'. =
A.(e=;0bu
template < typename T1, typename T2 > &g]s@S|%
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const HE0m#
{ [EK@f,iM
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 83VFBY2q
} @Thrizh
Q'YakEv >=
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: r(rT.D&
BE!l{
template < typename T1, typename T2 > uvi&! )x
struct result_2 g"\JiBb5
{ )!;20Po
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; N|/gwcKe
} ; %eGI]!vf
*77Y$X##k
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? >?.jN|
这个差事就留给了holder自己。 ~.z82m
)"_&CYnd
fr}.#~{5Y
template < int Order > y[GqV_~?Y
class holder; t+M'05-U2
template <> <`NtTG
class holder < 1 > @?gRWH;Pq
{ b"Jr_24t3v
public : 6=Sz5MC
template < typename T > Yy,XKIqU
struct result_1 (Dn1Eov
{ 0 c]]
typedef T & result; `#l1
} ; YD0j&@.
template < typename T1, typename T2 > m%c]+Our`
struct result_2 5x!rT&!G
{ yh'*eli
typedef T1 & result; -J0I2D
} ; S|?P#.=GX
template < typename T > 7cO1(yE#vr
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const {7`1m!R
{ *\*]:BIe&v
return (T & )r; =&~ K;=:
} n*caP9B
template < typename T1, typename T2 > V(Cxd.u
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const |hX\ep
{ w|4CBll
return (T1 & )r1; 4}Lui9
} e}(8BF
} ; ,l.+$G
9%riB/vkrF
template <> S'`RP2P
class holder < 2 > =F_j})O5
{ U&SSc@of
public : !E,|EdIr
template < typename T > 7/K'nA
struct result_1 n*TKzn4E
{ ~*`wRiUhis
typedef T & result; F2Gg_u@7M
} ; N|8^S
template < typename T1, typename T2 > ),$^h7[n
struct result_2 !j3Xzn9
{ )JU`Z@?8
typedef T2 & result; h!tg+9%
} ; "![KQ
template < typename T > uE>m3Y(aP
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const {fY(zHC
{ >y$*|V}k
return (T & )r; =E:sEw2j
} 4 b}'W}
template < typename T1, typename T2 > IDdu2HNu
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const [Scao $
{ O%<+&