一. 什么是Lambda 2:b3+{\f
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 %@Mv-A6)
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, R]L$Ld< ij
=
cQK^$6(
uW4)DT9[5
,i0Dw"/u
class filler NL`}rj
{ 8x":7 yV&
public : E<6Fjy
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} i" 0]L5=P
} ; !' ;1;k);
ob= ](
FO[x
c;
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: (@wgNA-P
EyU 5r$G
I'W`XN
MPa F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); `p qj~s
{yj8LxX^
(.r9bl
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 1{%3OG^'
$wnK"k%G
haTmfh_|
EL/~c*a/
二. 战前分析 C=k]g
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 (x)}k&B;
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 <V?csx/eRd
@-B)a Z
)67pBj
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); sn>2dRW{
/* --------------------------------------------- */ R9+0ZoS
vector < int *> vp( 10 ); 8s+9PE
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); R*S9[fqC[
/* --------------------------------------------- */ "INIP?
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 'BUix!k0<
/* --------------------------------------------- */ (%N=7?
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); `LroH>_
/* --------------------------------------------- */
p"l GR&b
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); MZ$x(Vcj
/* --------------------------------------------- */ ERka l7+
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); LpV2XL$p>#
10gh4,z[
X%>nvp
'.{tE*
看了之后,我们可以思考一些问题: dUvgFOy|P
1._1, _2是什么? v,}Mn7:
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。 $%:=;1Jl
2._1 = 1是在做什么? 5)@UpcjUA
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 #3~ #`&
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。
:r+BL@9
o54/r#~fi
[{&GMc
三. 动工 S1vUP5cZ
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: NUN~T (
i#pBzJ
T<a/GE/
>IT19(J;A
template < typename T > #B$r|rqamq
class assignment *#y9 Pve
{ f*%Y]XL;%
T value; z<I@SI^>
public : r$Tu``z \
assignment( const T & v) : value(v) {} $*\GZ$y>
template < typename T2 > /s~(? =qYH
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } @r130eLh
} ; c'!+]'Lr
|XrGf2P9u
:q>uj5%
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 p~A6:"8s`=
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment $wm.,Vb
N9S?c
=JW.1;
C
CDO8
class holder cVYPPal
{ }+/F?_I=
%
public : J/k4CV*li(
template < typename T > '=V1'I*
assignment < T > operator = ( const T & t) const S%6 V(L|
{ t&>eZ"
return assignment < T > (t); _xz>O[unf
} 'pa8h L
} ; h
7/wkv\y9
^[=1J
I9ZJ"29
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: j>I.d+
LLV1W0VO=P
static holder _1; yhsbso,5 a
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 <)]j;Tl
o4qB0h
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .-mlV ^
而不用手动写一个函数对象。 eZbT;
By;{Y[@rS
b~td^
zI&).
四. 问题分析 95IR.Qfn!
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 Rq[VP#
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 QUb#84
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 H1or,>GoO
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 +ab#2~,)
下面我们可以对这几个问题进行分析。 4|INy=<"t
krSOS WJ
五. 问题1:一致性 1,Uf-i
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| 08W^
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 5uAUi=XA>S
^@-qnU lH
struct holder Y-
tK
{ aUyJi
// #W2#'J:l
template < typename T > # n\|Q\W
T & operator ()( const T & r) const )uK Tf=;
{ VD0U]~CWR
return (T & )r; , 9"A"p*R
} sOBuJx${m
} ; JfVGs;_,
0 >:RFCo
这样的话assignment也必须相应改动: J PmZ%]wA
QG]*v=Z
template < typename Left, typename Right > dMDSyd<(
class assignment eCy]ugsi%
{ Bc1MKE5
Left l; KKGwMJku}
Right r; JrJTIUf_
public : gMB/ ~g5b0
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} PESJ7/^E
template < typename T2 > Y}hz UKJ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } hB1Gtc4n
} ; FZ@8&T
G_5E#{u
同时,holder的operator=也需要改动: 1vL$k[^&d
f'&
template < typename T > lFc4| _c g
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const z\6/?5D#v
{ L.$+W}
return assignment < holder, T > ( * this , t); kT,2eel
} -z?O^:e#x
_/RP3" #
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。 ^SJa/I EZ.
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 G}0fk]%\:
mP+rPDGp
return l(rhs) = r; [+
N 5
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。 qp`G5bw
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: .9u,54t
a4D4*=!G0
template < typename Tp > r57rH^Hc
class constant_t _^Lg}@t
{ ]M.)N.T
const Tp t; J>S`}p
public : s[tFaB 1
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 1`@rAA>h'
template < typename T > ~8^)[n+)x
const Tp & operator ()( const T & r) const *
~4m!U_s
{ >a5avSn
return t; K0\Wty0
} o](nK5?
} ; d+Bz
pS@p
d$*SVd:
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 }RY&f4&GV,
下面就可以修改holder的operator=了 J6*B=PX=(
Ykt(%2L
template < typename T > <B=!ZC=n
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Bl8&g]dk
{ "Qxn}$6-
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); :O{oVR
} `Ef&h V
i4*!t.eI
同时也要修改assignment的operator() 4j
h4 XdH
m8ydX6~max
template < typename T2 > lITZ|u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ]Zz<9zix
现在代码看起来就很一致了。 (!&g (l;
26\*x
六. 问题2:链式操作 +6v;(] y
现在让我们来看看如何处理链式操作。 #$(wfb9
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。 z0m[25FQG
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。 !kg)8 4C[
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。 vy+9Q5@W
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct tf@x}
^iwM(d]#5
template < typename T > dwt<s[k
struct result_1 V7
dAB,:
{ -hP-w>
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; #pz{,
} ; ofA6EmQ37
r]vD]
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: dj0`Q:VZ
/@\3#2;
template < typename T > 3((53@s98
struct ref 5 cE!'3Y
{ )iG+pP@.@
typedef T & reference; .5m^)hi
} ; ^. i;,
template < typename T > X@7K#@5
struct ref < T &> 07dUBoq
{ YJ{d\j
typedef T & reference; wOp# mT
} ; .DkDMg1US
L5*,l`lET
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 8E!I9z
TAt9+\'
template < typename T > ,`JXBI~
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ^D0BGC&&
{ "@[xo7T
return l(t) = r(t); Eh)VU_D
} "rA:;ntz
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。 fJ3qL#'
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ?ixzlDto\
#2!M+S
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 $PQlaivA
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: I({ 7a i
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 \..(!>,%F
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 3*gWcPGe
最后的布局是: {M?!nS6t
Add zA/W+j$:
/ \ T7.u7@V2
Divide 5 `|^<y.-6
/ \ E4'D4@\W
_1 3 '#.:%4
似乎一切都解决了?不。 B&m?3w
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。 6YZ&>`a^
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。 ,b@0Qa"
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: /m;w~-N
n~d`PGs?f
template < typename Right > */L;6_
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const NW9k.D%
Right & rt) const [vaG{4m
{ ^IGTGY]s
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); nWK"i\2#G
} ::vw1Es
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 +G_6Ek4
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。 B!le=V,@,
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。 =P+S]<O
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。 vAJfMUlP
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。 lm&C!{K
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? G<