一. 什么是Lambda "S5S|dBc
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 4YszVT-MU~
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, EgTFwEj
ep+
(1 CJw:
?Z q_9T7
class filler w*50ZS;N
{ <i{K7}':
public : lT.zNhz:d9
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} i+f7
} ; *5'.!g('
^q
;Cx7T_p
)kYOHS
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: ~e P
WwuZ(>|
Sw)i1S9
}e 9!xA
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); C.~j'5N
y&"!m}
<I;5wv
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 c-kA^z{f
GnFs63
B'-I{~'/
YOyp|%!
二. 战前分析 ZK6Hvc0
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。 o0ZIsrr
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 ?aBj#
mEFw|M{
Yd:Q`#7A
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %KtU1A(["
/* --------------------------------------------- */ !}y1CA
vector < int *> vp( 10 ); hSB?@I4s<\
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); $Pxb1E
/* --------------------------------------------- */ d?A}qA[(
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); -v+&pG?m
/* --------------------------------------------- */ B5ea(j
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); wu)Wg-dT
/* --------------------------------------------- */ i9rS6<V'
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); A>= E {
/* --------------------------------------------- */ ju|]Qlek
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 6;o3sf@Tf
%_MEfuL
vJ"i.:Gf4
!\-WEQrp\
看了之后,我们可以思考一些问题: >"v9iT
1._1, _2是什么? pMR,#[U<
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 1<.5ub*i4
2._1 = 1是在做什么? RRADg^}l|"
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 TBCp
L]QT
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 w(U:U-MNe
ESTM$k}X
}7eh F6
三. 动工 zI^]esX!2_
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: kA4@`YCl
,2L$G&?
X32C}4-B
gl{B=NN
template < typename T > a 7#J2 r
class assignment \'Ssn(s
{ wN97_Y=`n
T value; %{!R
l@
public : C&+6>L@
assignment( const T & v) : value(v) {} Fv8f+)k)Z~
template < typename T2 > /7D<'MF
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ,\YAnKn6_
} ; P(,?#+]-
w##^}nHOR
nirDMw[
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 1vnYogL
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ,
sjh^-;
thc <xxRP
_Mk7U@j+9
*27*>W1
class holder :z&7W<
{ AiP!hw/V$
public : /vxm"CJR
template < typename T > os4{0Mxu
assignment < T > operator = ( const T & t) const u5B:^.:p
{ dtZE67KS
return assignment < T > (t); 4;<ut$G
} Dnw| %6Y
} ; Fh8lmOL;?
)1
m">s4
(W[V?!1
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: DF_X
lk3=4|?zsE
static holder _1; !4(zp;WY^
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 o]ePP,
]fBUT6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); #wY0D_3@1
而不用手动写一个函数对象。 _%/}>L>-`8
YJ_\Ns+Ow
zmI] cD@G
*JX;|S
四. 问题分析 ICC%,$C~l
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。 hI},~af
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。 c!#:E`
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 5T@aCC@$h
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 b[I8iS kfi
下面我们可以对这几个问题进行分析。 l(;Kij
]e'fa/I
五. 问题1:一致性 JH8}Ru%Z
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| `=UWqb(K_
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 @-HG`c ct
pav'1d%
struct holder mN|r)4{`
{ x/!5K|c
// gNYqAUG5
template < typename T > UC
HZ2&
T & operator ()( const T & r) const 3]RyTQ
{ +Q$h ]^>~
return (T & )r; Wp)*Mbq@
} TX=yPq
} ; T4)fOu3]
nUS| sh
这样的话assignment也必须相应改动: !3X0FNGq
D^Jk@<*
template < typename Left, typename Right > /FD5G7ES
class assignment ?W>qUrZ
{ qpIC{'A.
Left l; ntFT>g{B
Right r; _>+8og/%@
public : ]hos+;4p
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} +{<#(}
template < typename T2 > ^ D%FX!$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ziPR>iz-
} ; ",6M)3{|c
#>lG7Ns|4
同时,holder的operator=也需要改动: '2^7-3_1
>P6BW
template < typename T > 7%f&M>/
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const L){iA-k;Ec
{ \K`L3*cBKK
return assignment < holder, T > ( * this , t); 5GA C`}}
} ,R%q}IH#
]^'@[<
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。 [e[<p\]
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 I9h ?;(
H0m|1
7
return l(rhs) = r; LUB${0BrA
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 y!tC20Q
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: (T`E!A0I\?
yY?b.ty
template < typename Tp > Gx`L ks
class constant_t / 0 O=(
{ '3zc|eJt&
const Tp t; (hiyNMC
public : <sK4#!K
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} >leU:7
template < typename T > 4=<tWa|@9
const Tp & operator ()( const T & r) const 1`ayc|9BR
{ V"c
6Kdtd
return t; Z}$TKO*u
} )W/;=K
} ; cufH?Xg<
UMAgA!s
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Zm6{n'
下面就可以修改holder的operator=了 zR2B-
&]H
Tg!m`9s+
template < typename T > ~e6Brq
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const QQWadVQo
{ jv&*uYm
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); KQB3m"
} 0c} }Q
yKO`rtP
同时也要修改assignment的operator() +$g}4
<HbcNE~
template < typename T2 > ``wSc0\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } s"t$0cH9
现在代码看起来就很一致了。 ,l<6GB2\
'Lu__NfN
六. 问题2:链式操作 '7XIhN9
现在让我们来看看如何处理链式操作。 H$y-8-&)
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。 0`^&9nR
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。 |JQQU!x
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。 293M\5:
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct H1}
RWaJ
#O+),,WS
template < typename T > )c `7( nY
struct result_1 C=eF.FB;'
{ yu;P +G
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ?Y@N`S
} ; ."9];)2rx
hEp(A8g)bQ
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: rx] @A
@)fd}tV
template < typename T > c@8 93<_
struct ref ,^C--tgZJg
{ V,cBk
typedef T & reference; u:=7l
} ; 3.*8)NW
template < typename T > 0N$v"uX@
struct ref < T &> #w' kV#
{ g"}%2~Urf
typedef T & reference; ~{jcH
} ; c-(UhN3WG
sVOyT*GY
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: S[J}UpV
B!?%O
template < typename T > Z'.AA OG
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Sy0$z39
{ eQ]~dA8>
return l(t) = r(t); #T'{ n1AI
} $w`=z<2yo1
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 NU5.o$
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 @X#F3;
(&F
,AY3A
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 }khV'6"'|
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ` 2V19s]
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 {+Rog/;S'
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 U_I5fK=
最后的布局是: ^LoUi1j
Add v0H@Eg_
/ \ #ML%ij 1
Divide 5 w=T\3(%j
/ \ 9
a!$z!.
_1 3 !ug8SAOaz/
似乎一切都解决了?不。 CTq&-l:f
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。 i#vYyVr[
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。 E/|To
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: !Fd~~v
$QN"wL||
template < typename Right > \o*5
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 128EPK
Right & rt) const P-y jN
{ =5~jx
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); O;:mCt _H
} keL&b/@
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 qNB<T('
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 "n(hfz0y%
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 ^
*k?pJ5
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 f!Y?S
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 ib#KpEk
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? IP xiV]c
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: Hq:X{)"
8lvV4yb
template < class Action > /Kql>$I
class picker : public Action E7j(QOf
{ *\+\5pu0
public : \XCe22x]
picker( const Action & act) : Action(act) {} 0l )~i''
// all the operator overloaded [8 ]z|bM
} ; "l3_=Gua
i[7\[
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。 &Cr: