一. 什么是Lambda w}
1~
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 LFT)_DG7(
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, $ru()/pI)z
B kWoK/f4
;&MI
M`&$
9|9Hk1
class filler fC^POLn[f
{ `dK%I
U
public : ~(/OB
w
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} kqyPb$Wy
} ; l8Ks{(wh
(_$'e%G0
Ht!]%
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: (_'Efpg|
UA]U_P$c
(!^; ar^
@ob4y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); tp3]?@0
WwBs_OMc
%`1p 8>n
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 M5>cYVG
u?+i5=N9{
k x26nDT(
,z+7rl
二. 战前分析 fNTe_akp
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 G>yTv`-
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 }Uc)iNU
jX8,y
-"Hy%wE
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); iR(jCD?) Y
/* --------------------------------------------- */ p&|:,|jo5
vector < int *> vp( 10 ); ,U^V]jC
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); d iG kwKj
/* --------------------------------------------- */ pNIu;1M5a
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); (viGL|Ogn
/* --------------------------------------------- */ u>W:SM
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); aHdXlmL
/* --------------------------------------------- */ 3}lT"K
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); =@EX!]=x
/* --------------------------------------------- */ 9pJk.Np0
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); >wOqV!0<
JNZ O7s
\Q m1+tg
Sdn4y(&TP
看了之后,我们可以思考一些问题: ./#F,^F2
1._1, _2是什么? aH!2zC\:T
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 )ir*\<6Y=
2._1 = 1是在做什么? (_aM26s
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 3+>;$
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。 X zF-g*e
mv;;0xH
?@uyqi~:U
三. 动工 rE[:j2HF
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 4gkaCk{]
lk?@ =U~
+i0j3.
@W+m;4 HH
template < typename T > )W1tBi
class assignment [zv@}@$
{ ,6iXl ch
T value; 44p?x8(z*
public : f0d*%
assignment( const T & v) : value(v) {} $pLJtQ
template < typename T2 > 4u.Fy<+@4M
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } E[8R
)xC@
} ; rOyKugHe
(SnrYO`#
]8;2Oh
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 5_\+8A*
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment +IkL=/';#
}S,KUH.
{^jk_G\ys
Y:-O/X
class holder CL)*cu6zG
{ [d^ [Y:I'\
public : h:3^FV
template < typename T > 3UX/
assignment < T > operator = ( const T & t) const !x@3U^${
{ i+&o%nK 2
return assignment < T > (t); u>y/<9]q8
} dum(T
} ; @}+F4Xh,L
snm1EPj
IB%Hv]
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: ?Tr\r1s]
QGoBugU
static holder _1; 'Xb?vOU
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 )ld`2)
4
P'<D0
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); H
b}(.`
而不用手动写一个函数对象。 p.@_3^#|
)r|Pm-:A{
lVra&5
59X'-fg ,
四. 问题分析 yZyB.wT
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。 k,0lA#>
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。 *\"+/
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 \{K~x@`
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 kl[Jt)"4@
下面我们可以对这几个问题进行分析。 `\Ye:$q
U0fr\kM
五. 问题1:一致性 $_orxu0W
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| l`(pV ;{W
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 8=Aoj%l#
FL?Ndy"I
struct holder 3"HX':8x
{ :211T&B%A_
// cOrFe;8-.
template < typename T > 0Ma3
T & operator ()( const T & r) const {O"N2W
{ m#a1N
return (T & )r; xI(t!aYp
} ,WgEl4
} ; [\,Jy8t)\
rcU*6`IWA
这样的话assignment也必须相应改动: E*G{V j
Lxqv
template < typename Left, typename Right > M%"{OHj!o
class assignment K!jMW
{ S<Od`I
Left l; HBiUp$(mB
Right r; I|/\ L|vo
public : 2Mw^EjR
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} "*JyNwf
template < typename T2 > .F^372hH3
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } =QJI_veUG`
} ; 6u[
B}%l
|@Sj:^cJD
同时,holder的operator=也需要改动: linvK.Lf
~Sc{\ZJl
template < typename T > +LB2V3UZ
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ;q&2$Mb
{ " gQJeMU
return assignment < holder, T > ( * this , t); (pT7m
} Xcw6mpLt
gvCQ![
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。 L yNLz
m5
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 HtAO9
6O|
rI>D
return l(rhs) = r; Pt\GVWi_t
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。 A|
s\5"??
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: :e!3-#H
D0VbD" y
template < typename Tp > m
^'!
class constant_t QUKv :;
{ A?4s+A@Eg
const Tp t; D]NJ^.X
public : _0h)O
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} UJ7{FN=@t
template < typename T > v&r\Z @%
const Tp & operator ()( const T & r) const SI9PgC
{ u}eLf'^ZCe
return t; O%*:fd,o-
} Z Is=%6""&
} ; Y^-D'2P]P
]*TW%mY
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 W_RN@O
下面就可以修改holder的operator=了 +~\ 1g^h
UoOxGo
template < typename T > &@fW6},iW
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const /j"aOLL|
{ q"Th\? }%
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ?F/)<r
} nXAGwU8a
{VT**o
同时也要修改assignment的operator() a+,zXJQYq
Hd89./v`:
template < typename T2 > {4YD_$4W
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } .Zm de*b
现在代码看起来就很一致了。 p@[n(?duC.
bEB9J-
Q
六. 问题2:链式操作 Q=h37]U+
现在让我们来看看如何处理链式操作。 *kmD/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。 H+ P&}
3
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。 UP18?uM
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。 y_>l'{w3^
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ,G q?
l@
amAusE
template < typename T > r9nyEzk
struct result_1 lo1<t<w`
{ 4jOq.j
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ma!rZn
} ; K@JGGgrE`!
PQ u_]cXI
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: E%[2NsOM]
7s2 l 3
template < typename T > +f}u.T_#
struct ref qhdY<[6
{ |ODi[~y
typedef T & reference; -`I&hzl6E
} ; 9!``~]G2
template < typename T > 9J*M~gKbz
struct ref < T &> Ft<6`C
{ mMNT.a
typedef T & reference; $?HOke
} ; *%3%Zj,{
]4uY<9VL
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: tdCD!rV`{
8 h.Dc&V
template < typename T > C[-M
~yIL
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Smt&/~7D%
{ 4x2
;@Pd
return l(t) = r(t); U_&v|2o#3
} ul-A'
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。 kBRy(?Mft&
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 [P3].#"]M=
+Fk]hCL
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
Ni3<x]
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: pV^(8!+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 `W*b?e|H1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 <o aVI?
最后的布局是: nNEIwlj;
Add Wx`|u
/ \ fz[-pJ5[
Divide 5 38gHM9T
xh
/ \ ,rU>)X
_1 3 X!AD]sK
似乎一切都解决了?不。 M[= #%U3*N
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。 2Hp<(
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。 Qy!;RaA3T
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: q83!PI
A*a:#'"*N
template < typename Right > tLD(%s_
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const t0"2Si
Right & rt) const zz7#gU
{ j1sgvh]D
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 6p}dl>T_y
} .szc-r{
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 w vQ.9
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。 m~<<ok_
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。 6a%dq"5 +
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。 3c|u2Pl
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。 1M<;}hJ{/
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? ?kBX:(g
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: A4mnm6Tf
+FGw)>g8'm
template < class Action > a^>e|Eq|
class picker : public Action <`P7^
'z!
{ R/|2s
public : iuGly~
picker( const Action & act) : Action(act) {} vyXL F'L
// all the operator overloaded TEEt]R-y
} ; ol #4AU`
d"#& VlKcv
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。 9N*!C{VW
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: UVlXDebl
7FYq6wi
template < typename Right > [izP1A$r#Q
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const q Xj]O3
mm
{ *vS)aRK
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 8_h:_7e
} G>?'b
v9K=\ j
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > rWS],q=c
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。 '1NZSiv+C?
9_&N0>OF
template < typename T > struct picker_maker Y3M"a8 e'
{ &3~_9+
typedef picker < constant_t < T > > result; C?-_8OA
} ; FrL
;1zt
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 0WO-+eRB/
{ {Hr
P;)
typedef picker < T > result; j@778fvM\t
} ; 1_MaaA;ow"
:1JICxAU
下面总的结构就有了: &ivPY
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。 6opubI<
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。 :.,3Zw{l
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 p<9e5`&I
至此链式操作完美实现。 S3( 2.c~
wcI4Y0+J
;"@FLq(n
七. 问题3 UIl^s8/
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。 b2vc
LN?b6s75U
template < typename T1, typename T2 > A t#'q>Dn
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const koizk&)
{ xp>p#c
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); VN1a\
} P!JRIw
_Di}={1[.
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: G3G"SJ np
fDa$TbhjI
template < typename T1, typename T2 > oQvG3(.
struct result_2 UkY
`&&ic