一. 什么是Lambda *HQ>tvUh
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。
K'U=);W
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, 'RIx}vPf
(U|WP%IM'
TmLfH
d
E
qt\It9
class filler @`rC2-V
{ 6LzN#g
public : ?;
tz
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} r]bG,?|
} ; '.t{\
S2~im?^21
)JA^FQ5N
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: qfgw^2aUa
s[u*~A
\`>f?}4
-)!;45
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); i$XT Qr0K=
^-qz!ib
Mdy4H[Odq
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 m=D9V-P
Eyg F,>.4
#8a k=lL
18ON`j
二. 战前分析 uB+:sX-L
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。 $%?[f;S3,
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 OT}P0
~4s
+Sg+% 8T
r5PZ=+F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); RtF!(gd
/* --------------------------------------------- */ Lv:;}
vector < int *> vp( 10 ); \kC'y9k
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); rVDOco+w
/* --------------------------------------------- */ v)LSH;<
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); B8?j"AF
/* --------------------------------------------- */ muIJeQ.C
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); :hDv^D?3
/* --------------------------------------------- */ 5ih5=qX
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); :VlMszy}B3
/* --------------------------------------------- */ rh6 e
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); k3&/Ei5
\};
4rm}V
Nq[-.}Z6
km6O3>p5r
看了之后,我们可以思考一些问题: G PL^!_
1._1, _2是什么? ;rt\
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Fuo.8
2._1 = 1是在做什么? XZj3x',;
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 6Bn}W ?
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。
{5JYu
<|VV8r93
/D;cm
三. 动工 Q VWVZ >l
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: SQDc%I>b
\Z625jt
ccgV-'IG9
T,v5cc:nO
template < typename T > rnXoA, c/
class assignment Y2(,E e2
{ x24&mWgU
T value; M3H^s_
public : mWH;-F*%
assignment( const T & v) : value(v) {} =_`cY^ib+
template < typename T2 > #
0/,teJk
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } O
@{<?[
} ; r&nEM6
(sEZNo5 n
R3E|seR
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。
u{|^5%)
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment #;<dtw
tdnd~ WSR
u7bji>j
.$ 5*v
class holder 6?= ^8
{ }*56DX
public : %(g!,!l)
template < typename T > )4
'yI*
assignment < T > operator = ( const T & t) const tj[-|h
{ }K9Ji]tOK:
return assignment < T > (t); Z^GXKOeq
} cDh\$7'b
} ; #YB3Ug]z
q8Rep
iI!g1
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: ?,FL"ye
G3de<?K.[V
static holder _1; dlc'=M
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 !9EbG
'o-J)+oa
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $>=w<=r|;
而不用手动写一个函数对象。 QHe:
c_syJ<
=<z~OE'lV
!24g_R[3"
四. 问题分析 W29GM -,K
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 p&3~n:
Fo
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 8iN@n8O
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 QjyJmW("Z
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 #L xfE<^
下面我们可以对这几个问题进行分析。 V-zF'KI[
e[t1V/ah
五. 问题1:一致性 [N1[khY`
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| @1)C3(=A
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 No(S#,vJ;
%YI !{
struct holder FSS~E [(DL
{ Q?-u J1J
// +)*aS+
template < typename T >
h]?[}&
T & operator ()( const T & r) const 8'Q1'yc
{ l[{Ci|4
return (T & )r; lK #~lC
} sys;Rz2
} ; e}q!m(K]e-
K]dX5vJw'
这样的话assignment也必须相应改动: 8!Q0:4Vb
StM)lVeF
template < typename Left, typename Right > T( sEk
class assignment ]=m0@JTbG
{ iuWw(dJk
Left l; %{^kmlO
Right r; ?=\_U
public : j:'!P<#
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} cUM#|K#6
template < typename T2 > Gm'Ch}E
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 7\JA8mm
} ; =s[P =d U
k0!D9tk
同时,holder的operator=也需要改动: %~YQlN
8:t1%O$
template < typename T > +0FmeM&`h_
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const /S)&d N`
{ 8rgNG7d
return assignment < holder, T > ( * this , t); Q-Rt
} &\s>PvnquX
AC/8 2$
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。 t&Z:G<;
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 NpF}~$2
fIcra
return l(rhs) = r; Y4n;[nHQ(
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。 jRzQ`*KC#
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: OPwO`pN
E[E[Za^Y
template < typename Tp > h; sdm/
class constant_t ,R;wk=k
{ Dx<CO1%z-
const Tp t; v
J.sa&\H
public : b bO1`b-
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 7`f',ZK%
template < typename T > {|J'd+
const Tp & operator ()( const T & r) const ,:QDl
{ *T'>-nm]
return t; .5x+FHu7
} &u/T,jy`
} ; ?=h{`Ci^ $
JH0L^p
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ]h$,=Qf
hD
下面就可以修改holder的operator=了 Y SE6PG
vc_ 5!K%[
template < typename T > $lMEZt8A
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const s) vHLf4 T
{ ^L1#
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); p}'uCT
ga
} %CP:rAd`M.
)R2BTE:
同时也要修改assignment的operator() WwF4`kxT
Ibd
na9z7
template < typename T2 > 93npzpge
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Q7 Clr{&
现在代码看起来就很一致了。 ;ip"V 0`
^{T3lQvt
六. 问题2:链式操作 6h|@Bz/A
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Ppzd.=E
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 L@|W&N;%a
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 j:9kJq>mv
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 *|RQ
)
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct x^|J-
ec4jiE
template < typename T > c2z%|\q
struct result_1 w$cic
{ cia4!-#
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; \1[I(u
} ; j3bTa|UdT
iTt"Ik'
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: XLK#=YTI
{P_~_5o_
template < typename T > V6,D~7
struct ref Q)c$^YsI
{ q9RCXo>Y+1
typedef T & reference; fa#]G^f
} ; >o=3RB=Fh
template < typename T > ,*2%6t`N?
struct ref < T &> &t+
{ zn T85#]\@
typedef T & reference; ~EIY(^|py
} ; {6v|d{V+e
?=]`X=g6
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: .#uRJo%8
/(w:XTO<
template < typename T > aXyu%<@k
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const W>Y8 u8
{ 8u$Krq
return l(t) = r(t); :".:Wd
} z
I`'n%n=
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。 C+Wb_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 }(AUe5aw`G
,9q=2V[GP
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 $jb 0/
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: cve(pkl
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 Y;je ::"
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 o$m64l
最后的布局是: p#O#MN*
Add hi>Ii2T
/ \ I]>-~_
Divide 5 lnW/T --
/ \ 5+GW%U/
_1 3 !arcQ:T@G
似乎一切都解决了?不。 l/yLSGjM
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。 C8cB Lsa[J
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。 Z~8Xp
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: !o*BRR*
Q{!lLka
template < typename Right > yw5MlZ4P=
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const gh}FZs5P
Right & rt) const BD,JBu]
{ BnqAv xX
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); zY(*Xk
} j*Q/vY!T
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 *D F5sY
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。 JrseU6N
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。 C;wN>HE
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。 hT^6Ifm
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。 p{!aRB%
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? (iGk]Rtzt
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: G-Z_pGer^
W$N_GR'4
template < class Action > Xgd!i}6Q
class picker : public Action B[C2uVEX:
{ qDhz|a#
public : X6!u(plVQ
picker( const Action & act) : Action(act) {} u7fae$:&