一. 什么是Lambda 7Y1FFw|
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 E$5A
1
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, srIt_Wq
5k<0>6;XH
pJ@D}2u(
'!XVz$C
class filler oMb@)7
{ YGCBDH%6
public : rn-CQ2{?
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} SOJkeN
} ; WQltUaF
pb|,rLNZ
/E5>cqX4A
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: c"S{5xh0&
ZcrFzi
3m/XT"D
zHQSx7Ow 5
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); z7]GZF
u'"]{.K>fb
= _/XFN
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 /G!M\teeF
>B+!fi'SS>
B5/"2i
j:'8yFi_
二. 战前分析 43BqNQ0
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。 t$ 3/ZTx
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 GNI:k{H@"?
s{T6qJ
SH1)@K-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Gxh1wqLR
/* --------------------------------------------- */ 0hOps5c8=
vector < int *> vp( 10 ); h5
PZ?Zd
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Q;eY]l8
/* --------------------------------------------- */ "|d# +C
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); bm-&H
/* --------------------------------------------- */ L<ET"&b;4
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); LZ1)zoJ
/* --------------------------------------------- */ /n8\^4{fP{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Kr@6m80E5
/* --------------------------------------------- */ =$F<Ac;&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 8@d@T V!n&
2X@" #wIg
Hie
R2f^dt^
看了之后,我们可以思考一些问题: sH+ 90|?
1._1, _2是什么? Ws:MbZyr
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 EVDcj,b"^
2._1 = 1是在做什么?
V%[34G
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 'DtC=
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 9 kLA57
1R7w
cP>[H:\Xc
三. 动工 _+}#
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: wF$z ?L
&O^t]7
FZ=xy[q]~
)i$KrN6
template < typename T > T8>aU
class assignment UKp^TW1^
{ 4*V[^mht
T value; \JIyJ8FleC
public : U'0e<IcY
assignment( const T & v) : value(v) {} ]q 3.^F
template < typename T2 > 9}aEV 0 V|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Q4F&#^02y
} ;
Jju^4
o!W(
E{{Kzr2$
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ^BhS*
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment }sW%i#CV
t-)d*|2n}o
ygYy [IZ
J)P7QTC
class holder X
v$"B-j
{ cng166}1A
public : ZFRKzPc
{V
template < typename T > \U.js-
assignment < T > operator = ( const T & t) const M&` b\la
{ A/ 88WC$v
return assignment < T > (t); g,s^qW0vds
} <j:@ iP
} ; Z^_gS&nDa~
[Lq9lw&
;={3H_{3
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: QfRo`l/V9
63Z^ k(
static holder _1; uFn?U)
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 /^=8?wK
Nf)$K'/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Ar'k6NX
而不用手动写一个函数对象。 >1RL5_US
!uqp?L^;
%'.3t|zH
>Xw0i\G
四. 问题分析 C{OkbE"Vym
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。 hr3<vWAD
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。 puox^
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 $) m$c5!
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Tb}op XYK
下面我们可以对这几个问题进行分析。 1G)I|v9R
IO<Ds#(
五. 问题1:一致性 Ix+eP|8F
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?| 0HN%3AG]
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 %F13*hOu
z['2
struct holder ~,.'#=V
{ )
(0=w4
// AejM\#>
template < typename T > y+nX(@~f]
T & operator ()( const T & r) const "<&) G{
{ DcN!u6sJ
return (T & )r; ~]SCf@pRk
} DGNn#DP
} ; P=R-1V
D.gD4g_O/
这样的话assignment也必须相应改动: !wTrWD!
-quJX;~
template < typename Left, typename Right > 2@Oz _?O=
class assignment slAR<8
{ ]EdZ,`B4
Left l; B_
bZa
Right r; Sg*+!
public : IYv.~IQO
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} CV)K=Br5&_
template < typename T2 > a9NIK/9
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } z `jLKPP!=
} ; f4$sH/ 2#v
3:T~$M`]
同时,holder的operator=也需要改动: 934@Z(aUH
oSIP{lfp2Q
template < typename T > EVP{7}K1
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const J vq)%t8q>
{ q7<=1r+
return assignment < holder, T > ( * this , t); ~ +h4i'
} G|u)eW
wsB
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。 s"R5'W\U
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 N5zx# g
-F_cBu81V
return l(rhs) = r; `\GRY @cg
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。 \,'4eV
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: w)&?9?~
rE]Nr ;Ys
template < typename Tp > g'cVsO)S
class constant_t o2[$XONTl
{ X8):R- J
const Tp t; ld3H"p rR
public : EvH/d4V;
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ae" o|Q
template < typename T > A]ZQ?-L/
const Tp & operator ()( const T & r) const LW k/h1
{ %+/Dv
return t; r+k&W
} 'x5p ?m
} ; bo1J'pU
sf/m@425
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 E\TWPV'/
下面就可以修改holder的operator=了 q3C
4U~'Oa@p
template < typename T > m_.9PZ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const L/In~'*-
{
En)Ptz#0
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ,4Q8r:_ u
} 2|ej~}Y
8 Vf#t!t
同时也要修改assignment的operator() O p1TsRm5L
Uz~B`
template < typename T2 > Kwi+}B!
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } <@[;IX`YN
现在代码看起来就很一致了。 (V1;`sI8
w 62m}5eA
六. 问题2:链式操作 aRElk&M
现在让我们来看看如何处理链式操作。 8!YQ9T [
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。 %!eRR
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。 G|RBwl
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。 "?<(-,T
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct /GX>L)
^4NRmlb
template < typename T > h?v8b+:0
struct result_1 :aBm,q9i:}
{ TQb@szp:|
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; C#e :_e]
} ; QUaV;6
4
)Ly~\*
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: u80C>sQ
&*Xrh7K2e
template < typename T > w]nt_xj
struct ref #%F-Xsk
{ 0U:X[2|)
typedef T & reference; JdLPIfI^
} ; 9HEqB0|ZRu
template < typename T > !3iZa*
struct ref < T &> #d*0
)w
{ RyU8{-q
typedef T & reference; 5D2mZ/
} ; q*5L",
DBG0)=SHy
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: LT>_Y`5>
,]nRnI^
template < typename T > ''D7Bat@
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const \F-n}Z
{ 4f~sRubK
return l(t) = r(t); DaJ,(DJY
} <T;V9(66
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。 *C0a,G4
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 8EMBqhl
lJN#_V0qW
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 dNY'uv&Y
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Thu_`QP^
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 U;IGV~oT
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 $MGKGWx@E
最后的布局是: Ook\CK*nKe
Add CM$&XJzva
/ \ rk4KAX_[
Divide 5 :*BN>*1^\r
/ \ :3XvHL0rx
_1 3 UJQTArf
似乎一切都解决了?不。 I'^XEl?
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。 [[]yQ
"
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。 -G@uB_C s
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: 6P}?+ Gc
~k-'
template < typename Right > %rJDpB{
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const @*~yVV!5
Right & rt) const A,t g268
{ D\+x/r?-I
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 4H;7GNu
} .>}I/+n
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 D
"5|\
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。 $]xH"Z%"
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。 H ?9Bo!
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。 ;dMr2y`6
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。 yUD@oOVC0
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? YgjW%q
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: P^=B6>e
0^Vw^]w
template < class Action > $[ S 33Q
class picker : public Action b;d7mh4
{ rir,|y,
public : $xdo=4;|
picker( const Action & act) : Action(act) {} ;di.U,
// all the operator overloaded Ws1|idAT
} ; t(V2
%'h:G
Bkd
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 PX_9i@ZG
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: T^v o9~N*
E;4B!"Q8
template < typename Right > F.x7/;
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const "%+||IyW
{ 4[gbRn'
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }Hg\
tj}i
} f/Y7@y
tDah@_
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > `>g\gaQ
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 3BGcDyYE
#:yAi_Ct
template < typename T > struct picker_maker N#jUqm
{ COm^ti-p
typedef picker < constant_t < T > > result; M,p0wsj;
} ; #y7 MB6-
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 1|-C(UW>
{ -c1-vGW/
typedef picker < T > result; qGR1$\]
} ; i
<