一. 什么是Lambda 3zF7V:XH
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Dq4}VkY
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, J&1N8Wk)
1RHH<c%2n
2+cicBD
lS*.?4zX
class filler GhA~Pj ZS
{ O'U,|A
public : y s6"Q[B
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} cty#@?"e
} ; g]JI}O*5
{\Y,UANZ
B#n}y
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: #wuE30d
g~u!,Zc
*X5LyO3-gP
|q)Q<%VS'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); A~SSu.L@
Mn;CG'FA
)PNk
O3
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 90D.G_45
X]%4QIeS
o;/F=Zp
8GQs9
二. 战前分析 U<byR!qLie
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。 (7!(e
,
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 vG:,oB}
v3#47F)
rn*VL(Yd(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); <WkLwP3^
/* --------------------------------------------- */ |<icx8hbr
vector < int *> vp( 10 ); vtjG&0GSK
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ,kuOaaV7K
/* --------------------------------------------- */ >g=:01z9
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); sOenR6J<$
/* --------------------------------------------- */ :PkSX*E[q
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); T5G+^XDA
/* --------------------------------------------- */ m':m`,c!
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); -8e tH&
/* --------------------------------------------- */ hV>Ey^Ty
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ^E*C~;^S
)A;<'{t #L
f89<o#bm7h
36UWoo
看了之后,我们可以思考一些问题: Yb/^Qk59
1._1, _2是什么? ^>uGbhBp
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。 ^T>.04";x
2._1 = 1是在做什么? w=2X[V}
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。 ]TN}`]
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。 Q&{5.}L
{'C74s
cn{l
%6K
三. 动工 JDlIf
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: `rLMMYD=
e#{L~3
0C_Qp% Z
V^5 t~)#46
template < typename T > Cvy;O~)
class assignment Id1[}B-T
{ -2?fg
T value; 2N#L'v@g=+
public : T3 Fh7S /
assignment( const T & v) : value(v) {} :6{HFMf"
template < typename T2 > ]B[Qdn
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } /2I("x]
} ; EQ-~e
7G2N&v>
ZrBxEf$f
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 %VZ\4+8S
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment >48Y-w
><^@1z.J
4 -W?u51"
vkLG<Y
class holder UzXbaQQ2g
{ >dY"B$A>
public : y0^FTSQ|
template < typename T > ~46ed3eGzi
assignment < T > operator = ( const T & t) const Atw^C+"vW&
{ "zc!QHpSd
return assignment < T > (t); Rwk|cqr
} v-qS 'N4
} ; dRmTE
yKJp37R
_>l,%n
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: l71\II
C: cu1Y9
static holder _1; =?hlgQ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 #'oKkrl
NeP1 #
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 7)#/I
而不用手动写一个函数对象。 4B]a8
Zup?nP2GkT
-Zh+5;8g
Qfi5fp=f
四. 问题分析 lQjq6Fl2
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。 .b"e`Bw_=
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。 ~@bKQ>Xw
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 j!/(9*\
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Qzv_|U
下面我们可以对这几个问题进行分析。 )Ec;kr b+
s+11) ~
五. 问题1:一致性 }, H,ky
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?| ]]4E)j8
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ^C{a'
~qF9*{~!
struct holder f#jAjzmYL
{ zb (u?U
// +TX]~k79Oq
template < typename T > 9S^-qQH3}
T & operator ()( const T & r) const OZ&aTm :
{ KN=Orx7Gy
return (T & )r; }e$);A|
} V
RL6F2 >6
} ; O<*iDd`(e
(;h\)B!o
这样的话assignment也必须相应改动: K!X8KPo
o2L/8q.
template < typename Left, typename Right > QX4I+x~oo\
class assignment !p2&$s"N.
{ wP
i=+
Left l; Jor?;qo3
Right r; STMcMm3
public : %lxo?s@GE
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 01$SvLn:
template < typename T2 > $H}Q"^rs
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } <t Nx*ce5
} ; jZGmTtx
9}-,dgAB
同时,holder的operator=也需要改动: T&%>/7I>
-T>`PJpJuL
template < typename T > Z.<B>MD8^
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const MX34qJ9k
{ H>B:jJf
return assignment < holder, T > ( * this , t); sXUM,h8$!+
} f &H`h
G7yxCU(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。 L2N/DB'{
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 TBpW/wz/
r|(Lb'k
return l(rhs) = r; -4;u|0_
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。 ~(c<ioIf
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: "o1/gV
& 3gni4@@
template < typename Tp > vgV0a{u"
class constant_t 3yQ(,k #
{ $]9d((u4
const Tp t; I'!KWpYJT
public : _%x|,vo`(
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} {5*5tCIt
template < typename T > ;Wr$hDt^
const Tp & operator ()( const T & r) const 5ZPl`[He
{ )wC>Hq[mhW
return t; 3,GSBiK3}
} 3k=q>~&@
} ; X*b0q J
Z
p|Ln;aYc
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 &EMm<(.]a
下面就可以修改holder的operator=了 sU>*S$X8
</eh^<_~
template < typename T > Z?~7#F~Z`
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const C][`Dk\D{
{ CyE.q^Wm
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); =(o$1v/k
} (C!fIRY
kAqk~.
同时也要修改assignment的operator() K3jno+U&
=I?p(MqW
template < typename T2 > tqHXzmsjW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } niFjsTA.Z
现在代码看起来就很一致了。 0Y\u,\GrxW
-n6C~Yx
六. 问题2:链式操作 rh+OgKi
现在让我们来看看如何处理链式操作。 EV9m\'=j
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 d{0>R{uac
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 C'{Z?M>
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 D%Wr/6X
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct &Z9b&P
iVFnt!
template < typename T > E*kS{2NAq
struct result_1 ]xuq2MU,l
{ @sVBG']p
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 1$c*/Tc:E
} ; v^e[`]u(
I%%$O'S
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: RvVnVcn^#
@wpm;]
template < typename T > cewQQ&
struct ref 3T_-_5[c
{ Q
(`IiV
typedef T & reference; Na#2sb[)
} ; HGPbx$!
template < typename T > f1JvP\I0Q
struct ref < T &> /({5x[
{ !OiP<8 ,H
typedef T & reference; FrB19
} ; Rq;R{a
p.zU9rID
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: &fW;;>
-QRKDp
template < typename T > #ujcT%1G
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const R(csJ4F
{ B-o"Y'iXs
return l(t) = r(t); b+{,c@1rd
} ;]p#PNQ0
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。 2(UT;PSI
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 0\.y0
K8
WC`<N4g|
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 ;v.l<AOE
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: $?0<rvGJ
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 z2-=fIr.h
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 @~zhAU!
最后的布局是:
}UX >O
Add JBuorc
/ \ 1,4kw~tA
Divide 5 ,"&v