一. 什么是Lambda Ydyz-
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 7W>(T8K X\
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, {Ia$!q)
w zi7pJjXh
|+qsO;
!=u=P9I
class filler _`,ZI{.J^
{ /L./-92NH4
public : #8y"1I=i&
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} wn\R|'Rdz
} ; . "7-f]!
G9@5 !-
tqjjn5!
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: 0 1NP
e{^^u$C1.e
&}\{qFD;
-C* 6>$A
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); N:%Nq8I}:
**.23<n^W
s|X_:3\x
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 :NB.ib@*
t$?#@8Yk
R83PHM
'lOQb)
二. 战前分析 K>n@8<7
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。 &kT!GU^n
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 f+\ UVq?
!>/J]/4>
Bm<tCN-4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); \S{ihS@J
/* --------------------------------------------- */ {Z178sik
vector < int *> vp( 10 ); uuL(BUGt-
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); a %?v/Ku
/* --------------------------------------------- */ XJk~bgO*
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); _,igN>
/* --------------------------------------------- */ ,$RXN8x1
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); p&D7&Sb[
/* --------------------------------------------- */ 3sDyB-\&
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); nGur2}>n
/* --------------------------------------------- */ AoK;6je`K^
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 12: Q`
XEN-V-Z%*
y.(m#&T
[w)KNl
看了之后,我们可以思考一些问题: O3pd5&^g
1._1, _2是什么? .')^4\
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Mky^X,r
2._1 = 1是在做什么? -
b`
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 BgY|v
[M&
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 a)7&2J
q;_?e_
'Zqt~5=5
三. 动工 @X=sfygk
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: R[TaP7n
]I]G3 e
CZ%KC$l.5
uLNOhgSUf
template < typename T > +?{LLD*2e
class assignment /AYq^
{ i~*6JB|
T value; ,mz7!c9H^a
public : =5:kV/p
assignment( const T & v) : value(v) {} 6j|~oMYP
template < typename T2 > b{X.lz0
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } z]=Ks_7
} ; NdRE,HWd?$
JV+Uy$P!
JIc9csr:b
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 @]42.oP
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment aJc>"#+
o
:_+U[k(#
>y!O_@>z
m |.0$+=
class holder 6F%6]n
{ $"#M:V@
public : +aqQa~}r
template < typename T > B%o%%A8*g
assignment < T > operator = ( const T & t) const =PnNett}a
{ dkSd
Y+Q
return assignment < T > (t); )]Sf|@K]
} PTTUI
} ; 9<"F3F0|
Urksj:N
7
Rc/<,X
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: ?q0a^c?A^
nhd.c2t\
static holder _1; M3dUGM
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 "u{ymJ]t
E;"VI2F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 0/cgOP!^
而不用手动写一个函数对象。 6vzvH
)ub!tm
mXsSOAD<
MR,A{X
四. 问题分析 YeB C6`7y
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 {yi!vw
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 '%YTMN@
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 0t*PQ%
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Ad-_=a%
下面我们可以对这几个问题进行分析。 !L_xcov!Y
s"8z q;)
五. 问题1:一致性 BL%&n*&
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| psS^
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 jT;'T$
"'>fTk_
struct holder r8A'8g4cM
{ !u`f?=s;
// O_5;?$[m
template < typename T > r 2{7h>
T & operator ()( const T & r) const @#9xSs#
{ 3;!a'[W&p
return (T & )r; NCm=l
} 472'P
} ; RaC6RH
D^{jXNDNO
这样的话assignment也必须相应改动: U)z1RHP|z
JBISA _Y
template < typename Left, typename Right > dtXtZ!g2
class assignment s GrI%3[e"
{ (8em 5
Left l; 9AD0|,g
Right r; .0|_J|{
public : i_I`
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 475jmQ{q
template < typename T2 > J.0&gP V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } TJ,?C$3
} ; l8lJ &
*LvdrPxU=
同时,holder的operator=也需要改动: UG6\OgkL+
9s*UJIL
template < typename T > paxZlA
o
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const #EH\Q%
{ BpF}H^V-
return assignment < holder, T > ( * this , t); q z!^<
M
} lDs C>L-F
qtP*O#1q
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 CT|H1Ry2T
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 !Z; Nv
V{rQ@7SE
return l(rhs) = r; kioIyV\=
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 -BsZw.
7P
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: Mv7tK
l
2%]#rZ
template < typename Tp > `Cu9y+t
class constant_t .;D'
{ fY|vq
amA;
const Tp t; ~ \c
j
public : X,K`]hb*0_
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} pf3-
template < typename T > 86o'3G9@
const Tp & operator ()( const T & r) const mNX0BZ
{ 1DF8-|+
return t; ASNo6dP7
} >DW%i\k1V~
} ; <*p
H#bu3*'
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 FWS!b!#,N
下面就可以修改holder的operator=了 BkDq9>
RLDu5
template < typename T > t1aKq)?
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ay=f1<a
{ HA0yX?f]
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); h:vI:V[/X
} hllb\Y)XL
D,s[{RW+q
同时也要修改assignment的operator() 57$/Dn
;ZZmX]kz,M
template < typename T2 > 5WtI.7r
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } &hzr(v~;
现在代码看起来就很一致了。 1w>G8
o6r
^
六. 问题2:链式操作 jgw+c3^R_
现在让我们来看看如何处理链式操作。 k6_OP]
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。 QO|jdlg
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。 ^ =H 10A
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。 a#3,qp!
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct "l6Ob
COSQ
template < typename T > yGb^k R}d
struct result_1 "K*^%{
{ 6 x8lnXtA
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; qp]sVY
} ;
@Lm (bW
Uz7V2r%]
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: ;S+"z;$m
FFf
~Vmw
template < typename T > .r-kH&)"GU
struct ref }cg 1CT5
{ xllmF)]*Y
typedef T & reference; 7L!q{%}
} ; ;B"S*wYMN
template < typename T > &F +hh{
struct ref < T &> RD*.n1N1
{ e73zpF
typedef T & reference; HOVzpj
} ; 0&2&F=fOa<
Wt!NLlN8
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 1.j;Xo/+:V
|C\XU5}
template < typename T > }4xz, oN
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const L$f:D2Ei
{ rE.z.r"O
return l(t) = r(t); cX48?srG
} Z`@< O%
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。 p%CcD]o
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 y~+U(-&.
Y!CGuLHL`[
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 4)d#dy::\
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: .A<n2-
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 0S>U_#-
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 1=Q3WMT
最后的布局是: {hKf
'd9E
Add 1${Cwb/F
/ \ " G0HsXi
Divide 5 xA"7a
/ \ ^g
n7DiIPH
_1 3 u_ym=N57`
似乎一切都解决了?不。 eHI7= [h
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。 Jgf=yri
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。 gz"I=9
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: JA^Y:@<{/
4B@L<Rl{\
template < typename Right > UmA'aq
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const C)0JcM
Right & rt) const U~{sJwB
{ J(x42Q}*S
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 7Ust7%
} pkEqd"G
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 OYNPZRu
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。 / 9soUt
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。 _cXLQ)-
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。 w]VdIS
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
T#j.v
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? ngQ]
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: !4!Y~7sI"\
\Y}nehxG@
template < class Action > nHmi%R7k
class picker : public Action RU GhhK
{ Ptv=Bwg
public : 28PT19&
picker( const Action & act) : Action(act) {} t0gLz
J
// all the operator overloaded k/}E(_e
} ; POc-`]6<F
Wq]Lb:&