一. 什么是Lambda 8yHq7=
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 /[\6oa
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, a(PjcQ4dY
-vyIOH,
G"G{AS
SL[rn<x|
class filler ,|e} Y
[
{ j4E H2v
public : R(M}0JRm
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} IV)^;i
} ; pY^pTWs(
AC9{*K[
ggerh#
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: 7[ZkM+z!
r/UYC"K3
R'S c
7MKD_`g
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); <'r0r/0g?
T&o,I
NY4!TOp
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 \w{@u)h
xL9:4'I
AyE%0KmraK
l_^T&xq8
二. 战前分析 ' oBo|
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。 "V:
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 TFBYY{Y
T&?w"T2y
$-m@KB
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 9uuta4&uI
/* --------------------------------------------- */ i?ZA x4D
vector < int *> vp( 10 ); oR-O~_)U
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); /0Z|+L9Jo
/* --------------------------------------------- */ zl0;84:H
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); t[%x}0FP-F
/* --------------------------------------------- */ ^Ku\l #B
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); '
be P
/* --------------------------------------------- */ S$S_nNq
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); y:qx5Mi
/* --------------------------------------------- */ bBA$}bv
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); J2rvJ2l=t
j%#?m2J}
[m~b[ZwES
fr8Xoa%1=
看了之后,我们可以思考一些问题: H":/Ckok
1._1, _2是什么? .6\T`6H=a
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 7*+Km'=M
2._1 = 1是在做什么? LEWa6'0rq
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 r])Z9bbi
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 nHrP>zN
:_>\DJ'>
L_E^}^1!
三. 动工 [ }{w
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: I!61 K
)X7e$<SU*
:M@MmpPh
a@Mq J=<L
template < typename T > B,4q>KQA
class assignment b2G2 cL-(
{ Kl2}o|b
T value; #>BX/O*D
public : $+7 ci~gs
assignment( const T & v) : value(v) {} X2i*iW<
template < typename T2 > YdK_.t0Mu
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } T0;u+$
} ; FX7M4t#<
nlaG<L#
|Mt&p#y
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 \xF;{}v
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment :=y0'f
V(@
Dzo{PstM%
e"*BHvy F
\$j^_C>
class holder pG(Fz0b{
{ Z*h43
public : RV}GK
L>gn
template < typename T > ;{Xy`{Cg!
assignment < T > operator = ( const T & t) const i^R{Ul[
{ vT%qILTrQf
return assignment < T > (t); ;8BA~,4l
} ~eHRlXL'
} ; 2@sr:,\1
yE}BfU { .
CF\R<rF<VS
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: :"V ujvFX
D@#0 dDT
static holder _1; Tj&'KF8?L
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 #$FY+`
n"iNKR>nW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); "@4ghot t
而不用手动写一个函数对象。 :VJV 5f{
b"Zq0M0l
s_xV-C#q@
#Gd7M3
四. 问题分析 !I~C0u
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 n3'dLJH|
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 lw s(/a*c
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 Vd21,~^>g
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 sllzno2bU
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ]dq5hkjpU
=rEA:Q`~w
五. 问题1:一致性 @^'$r&M
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?| wDMjk2YN
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 2yvVeo&3
#\LZ;&T'N
struct holder Nl
{7
{ U~wjR"='
// JIMWMk;ot
template < typename T > o*-9J2V=J
T & operator ()( const T & r) const C-Ig_Nc
{ La9r
return (T & )r; eHUg-\dy
} 4#_$@ r
} ; R5~gH6K|
7D
这样的话assignment也必须相应改动:
#I;D
qcYNtEs*c
template < typename Left, typename Right > 7lR<@$q
class assignment Ew]<jF|.#
{ c yP,[?N
Left l; +TF8WZZF.d
Right r; PS$k >_=t
public : z{|LQt6q
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} >ukQ, CE~
template < typename T2 > (')(d
HHW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 8 aZ$5^z
} ; h8jB=e, H
+}U2@03I
同时,holder的operator=也需要改动: ei|cD[
NY
\DS^i`o)rY
template < typename T > MxTmWsaW
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const )&,K94
{ doM?8C#`
return assignment < holder, T > ( * this , t); 1A^1@^{m'
} Ig9d#c
O:e#!C8^
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。 [x5mPjgw
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 w4,]2Ccn.
[Tp%"f1
return l(rhs) = r; m6i%DE
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。 Z(;AyTXA
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: O,|\"b1(
3cixQzb}u
template < typename Tp > (sCAR=5v\
class constant_t I+"
lrU
{ Xk,>l6vc
const Tp t; ZdH1nX(Yh3
public : /c#l9&,
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ! Mo`^t
template < typename T > LG&5VxT=,<
const Tp & operator ()( const T & r) const |` "?
{ 2m" _z
return t; \ha-"Aqze3
} )7Ixz1I9g
} ; )xt4Wk/
$;`I,k$0>~
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 =X@o@1
下面就可以修改holder的operator=了 f-D>3qSS
=cn~BnowY
template < typename T > ?Ht=[ l=
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 0x ~`5h
{ e:E# b~{
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ah+j!e
} smup,RNZRX
6D/tK|
同时也要修改assignment的operator() x8\<qh*:
,E}$[mHyjz
template < typename T2 > [l*;E
f,
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } mU@xcN
现在代码看起来就很一致了。 >DP:GcTG
R ]P;sk5
六. 问题2:链式操作 >1ZJ{se
现在让我们来看看如何处理链式操作。 6 P*O&1hv
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。 sS9%3i/>
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。 TzKK;(GX
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。 WYszk ,E
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Q7GY3X*kA
N4wA#\-
template < typename T > m|F:b}0Hb
struct result_1 wz=z?AZW
{ 6(KmA-!b(O
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; URw5U1
} ; K9|7dvzC:
af'@h:
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: *aRX \TnN
<
kP+eD
template < typename T > d#>y }H9
struct ref &z@~B&O
{ nIBFk?)6
typedef T & reference; >qh?L#Fk
} ; F8=nhn
template < typename T > c!wtf,F
struct ref < T &> cj
g.lzYH
{ .Dw,"VHP
typedef T & reference; ~xDw*AC-
} ; x_!ZycEa
CS@&^SEj
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: &=Y e6 f[
.:9s}%Zr
template < typename T > o~1 Kp!U
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const f*fE};
{ &HDP!SLS
return l(t) = r(t); [BDGR
B7d"
} M_|> kp
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。 !w2gGy:I>
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 f /y`
DWm SC}{.
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 n:4uA`Vg
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Z
cpmquf8L
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /3B6Mtb
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 1%`7.;!i
最后的布局是: BX< dSK
Add AGq>=avv
/ \ 9wh2f7k
Divide 5 o2uj =Gnx
/ \ ,Z~;U
_1 3 hfrnxeM#~
似乎一切都解决了?不。 `i fiL
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。 ao$.6X8fQ
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。 L
CSeOR
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: YnTB&GPxl
/:[2'_Xl
template < typename Right > AK-}V4C/A
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const H{(]9{
Right & rt) const I1"MPx{
{ YQ]\uT>}&
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); !;3PG9n3|h
} a07=tD
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 uaw <
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。 @i%YNI5*
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。 $nPAm6mH
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 -iN.Iuc{b_
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 z"
QJhCh7
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? thW<
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: =Ho"N`Qy
lMifpK
template < class Action > h(' )"
class picker : public Action t"AzI8O
{ lE5v-z? &|
public : ycr"Y|
picker( const Action & act) : Action(act) {} Wa'sZ#
// all the operator overloaded Q-eCHr)
} ; %2l7Hmp4H
uT_!'l$fr
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。 JPx7EEkZR4
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: ;#k-)m%
)qU7`0'8
template < typename Right > (@sp/:`6
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const R,_d1^|*w
{ >e&