一. 什么是Lambda ~=Q Tv8
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ]6z ;
M;F`
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, |ZJ<N\\h-
p
_q]Rt
AIw< 5lW
qfsu# R
class filler ^ 9 FRI9?
{ nbdjk1E`~
public : L5A?9zum/!
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} *{s
3.=P.
} ; T9&bY>f?
R>dd#`r"
&~#y-o"
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: *W$bhC'w
a474[?
22r$Ri_>
B:=VMX~GE
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); N=~aj7B%
TI}Y U
w[Q)b()
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 x5 ?>y{6D
POt8G
*g!7PzJ'
eGj[%pk
二. 战前分析 G'f5MP1
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。 raCgctYVq
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 )k6kK}
sG8G}f
l-<EG9m@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); EiCEB;*z|d
/* --------------------------------------------- */ K | '`w.
vector < int *> vp( 10 ); C9L_`[9DO
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 5Sz}gP('
/* --------------------------------------------- */ ,WQg.neOA
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); $ uqB.f$
/* --------------------------------------------- */ eH^~r{{R
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); <Xl/U^B
/* --------------------------------------------- */ $c }-/U 8
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); JUdQ Q
/* --------------------------------------------- */ osZ]R
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); OmLe+,7'
lL"ANlX-P
|VQmB/a
|ZtNCB5{^j
看了之后,我们可以思考一些问题: ndS8p]P&o(
1._1, _2是什么? (0u(<qA\
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。 W.Z`kH *B
2._1 = 1是在做什么? jH?!\F2)+
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。 1"UHe*2
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。 \@m^w"Ij
x4-_K%
{3!E8~
三. 动工 AA<QI' 6
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: t4Pi <m:7
DhD^w;f]
P(cy@P,D
~DP_1V?
template < typename T > -_ <z_IL\%
class assignment y3OF+;E
{ y~^-I5!_ u
T value; bW^C30m
public : y_r(06"z1
assignment( const T & v) : value(v) {} FaQc@4%o
template < typename T2 > ziC%Q8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } pD;fFLvN
} ; OJ r~iUr
(9Q@I8}Iy
n&3}F?
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 $[\\{XJ.
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment tmi)LRF
H
}CL7h;5N 3
{r'+icvLX
]94`7@
class holder oL@K{dk
{ !RSJb
public : Up5 |tx7
template < typename T > dozC[4mF
assignment < T > operator = ( const T & t) const -\n%K
{ B>g(i=E
return assignment < T > (t); :l&Yq!5
} )+|Y;zC9
} ; e,
fZ>EJ
[0vqm:P
~*x 2IPiH
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: L~AU4Q0o
.wB'"z8L
static holder _1; HoK+g_9~
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 FLXn%/
inh
J|pe"
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1)5$,+~lL
而不用手动写一个函数对象。 aYn5AP'PH
O]'2<;
%SuELm
{@6:kkd
四. 问题分析 -Aojk8tc
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。 -V-I&sO<
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。 kc(m.k!|f\
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 LI].*n/v
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 t<o7 S:a"
下面我们可以对这几个问题进行分析。 .f"1(J8
7ug"SV6Hb
五. 问题1:一致性 huW,kk<]y
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?| 7hTpjox2
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 U$Z<lx2P
YxrMr9>l1
struct holder NfnPXsad
{ 2vh }:A_
// 8i5S
}
template < typename T > FSm.o?>
T & operator ()( const T & r) const +80bG(I_
{ a"Xh
return (T & )r; {@F'BB\
} L""ZI5J{F9
} ; Cf9{lhE8
FzcXSKHV%
这样的话assignment也必须相应改动: kJpO0k9?eY
>KL=(3:":p
template < typename Left, typename Right > kDDC@A $
class assignment Rk7F;2
{ g$^-WmX\m
Left l; 9!(%Vf>
Right r; wN58uV '
public : Li]96+C$}
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} df$.gP
template < typename T2 > )obgEJ7Y`l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ?_d6;
} ; T- _))
D =mmBo
同时,holder的operator=也需要改动: NLK1IH#
B{R [z%Y
template < typename T > l)*(UZ"
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const u*):
D~A
{ q)L4*O
return assignment < holder, T > ( * this , t); 2.I|8d[
} Zp3-Yo w2
9?MzIt
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。 `-.2Z
0
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 `WN80d\)&
)ds]fvMW]N
return l(rhs) = r; RrvC}9ar
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。 ""jW'%wR
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: [#mkTY
@;` 's
template < typename Tp > #Zw:&'
QB
class constant_t +^+'.xQ
{ NI#]#yM+
const Tp t; RSh_~qMX
public : !#_2 ![
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} n|)((W
template < typename T > 't}\U&L.{
const Tp & operator ()( const T & r) const w(&EZDe
{ ofV0L
return t; V%s7*`U
} :\P@c(c{^C
} ; W/bW=.d
Jd
<+g77NL
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 TDDMx |{
下面就可以修改holder的operator=了 U,#x\[3!Jt
,\iHgsZ
template < typename T > zUL,~u
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const KCyV |,+n
{ gAWi&
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 17Cb{Q
} =yZq]g6Q
F-wAQ:
同时也要修改assignment的operator() W&Fm;m@M
"H[K3
template < typename T2 > h8asj0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } H5x7)1Ir|
现在代码看起来就很一致了。 ?iP7Ki
'wk,t^)
六. 问题2:链式操作 qisvGHo
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ;,[0 bmL
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。 GNMOHqg4
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。 qx5`lm~L
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。 5<dg@,\
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 8F8?1
g~y0,0'j1\
template < typename T > {IJ;)<>&VE
struct result_1 YUEyGhkMV{
{ H_$?b
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 1OMXg=Y
} ; j+gxn_E
VQHB}Y@^
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: E)$>t}$
Mqd'XU0L
template < typename T > pz
/[${X
struct ref ^<OYW|q?\r
{ V+"%BrM
typedef T & reference; Jr!BDg
} ; US ALoe
template < typename T > %LMpErZO
struct ref < T &> |&= -Nm
{ #-;W|ib%z
typedef T & reference; 1p.c6[9-
} ; 9Y,JYc#
C>+n>bH]L
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: zkRAul32|
5j`xSG
template < typename T > ;98&5X\u<
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const XvaIOt>A
{ #h[>RtP:
return l(t) = r(t); Dds-;9
} #-'`Ybw
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。
B(;MI`
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 V8M()7uJ
blgA`)GI
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 e-ta 7R4
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: !{jw!bB
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 %VO+\L8Fs
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 &THtQ1D
最后的布局是: MQ!4"E5"j
Add 44ty,M3
/ \ "u^Erj# /
Divide 5 2PlhnU Q7
/ \ ytIPY7E
_1 3 +\T8`iCFB
似乎一切都解决了?不。 _aFe9+y
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。 ;gZ
^c]\
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。 oK\zyNK
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: k9x[(
#
n|{K_! f
template < typename Right > F\DiT|?}
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const -iR2UE@M
Right & rt) const MI`qzC*%
{ z}MxMx
c4h
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); QOXo(S
} inGUN??
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 J>A9]%M
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。 unFRfec{
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。 GmB&TDm
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。 sq2:yt
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。 ,->K)Rs ;
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? vS8&,wJ!
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: +7gd1^|$e
oy8jc];SO
template < class Action > _^BA;S@
class picker : public Action V5K/)\#
{ b{<?E };%
public : X}Oe 'y
picker( const Action & act) : Action(act) {} T aS1%(
// all the operator overloaded `D77CC]vU
} ; C<D$Y,[w
B%8@yS
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 712nD ?>
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: M^Sa{S*?
BY~Tc5
template < typename Right > wtYgHC}X
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const tB4mhX|\
{ s\;/U|P_
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); =Dq&lm,n
} tDRR 3=9pX
F^.A~{&L
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > r?/Uu
&
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 4Fft[S(
hS,&Nj+
template < typename T > struct picker_maker
;2C
{ M.Yp'Av
typedef picker < constant_t < T > > result; ~q3O,bb{
} ; 9ngxkOGx
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > FaeKDbLJr
{ i% 1UUI(W
typedef picker < T > result; AXlVH%'
} ; Wq4<9D
wOf8\s1
下面总的结构就有了: ["D!IqI:
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 (m R)o&Y%,
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 {'M<dI$
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。
WwB_L.{
至此链式操作完美实现。 &G"s!:
3Q$4`p;
h[>pC"s?K
七. 问题3 r!&174DSR1
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。 !Aj}sh{
D"pT?\kO
template < typename T1, typename T2 > ~P'.R.e
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const "OenYiz
{ wY<s
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); C][$0
} t1w]L
Mc,|C)
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: (vG*)a
9E ^!i
template < typename T1, typename T2 > W_}j~[&
struct result_2 ?"Ez
{ :6Nb,Hh~
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; DO(};R%=
} ; %'1iT!g8
vL@<l^`$0
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? jc"sPr v5
这个差事就留给了holder自己。 `$/a-K}
?+Gt?-! 5q
HS<Jp44
template < int Order > YD[HBF)~j
class holder; B/;>v
template <> -*k2:i`
class holder < 1 > bJIYe ld
{ K80f_iT5
public : PRU&y/zZmG
template < typename T > H1c8]}
struct result_1 1\fx57a\
{ g)#?$OhP"
typedef T & result; 'd~(=6J
} ; AAQ!8!
template < typename T1, typename T2 > S' $;
struct result_2 684& H8
{ hV(^Y)f
typedef T1 & result; 7y=O!?*
} ; D>y5&`
template < typename T > "<=4]Z
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const $0 .6No_|
{ uLzE'ZmV
return (T & )r; h,$CJdDY]
} ]R""L<K%HF
template < typename T1, typename T2 > UDI\o1Rbp
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const x6,ozun
{ rci,&>L"
return (T1 & )r1; TBt5Nqks-
} -rU_bnm
} ; L(yUS)O
~
L4NK#
template <> R:f!ywj%
class holder < 2 > d'96$e o~
{ #HgNwM
public : )l`Ks
template < typename T > l+6c|([
struct result_1 d3q%[[@
{ F:m6Mf7L
typedef T & result; 9HJYrzf{%
} ; |^-D&C(Eu
template < typename T1, typename T2 > `+n0a@BVB
struct result_2 &lLk[/b
{ ^mq(j_E.
typedef T2 & result; lPZ>#
} ; oW^x=pS9
template < typename T > <<LLEdB
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const _+48(QF<