一. 什么是Lambda 7p}J]!Z
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 BQu_)@
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, Cp` [0v~0
Vf9PHHH|
%5Hsd
\
'G%%%;4
class filler N3nFE:`u]
{ ^x-vOGlR
public : uu@Y]0-
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} B8;jRY
} ; nk|j(D
/n;Ll](ri
(L}
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: rH
Et]Xa
FKRO0%M4}Z
_:DnF
,#:* dl
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 6;6a.iZ
(hWr!(>C4]
\n$s5i-
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 5G"LuA
+RWP;rk
HI)MBrj;r
qDHiyg^u
二. 战前分析 03$-U0.;-
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。 ky>0
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 3NAU|//J
_ZX"gHx
D1]%2:
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); H'7AIY}
/* --------------------------------------------- */ |W4
\
vector < int *> vp( 10 ); q_S`@2Dzz,
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); S81Z\=eK
/* --------------------------------------------- */ +EK(r@eV
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 5{/CqUIl
/* --------------------------------------------- */ XHU&ix{Od
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); *W
aL}i(P1
/* --------------------------------------------- */ GO0Spf_Gh
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); AT Dm$ *
/* --------------------------------------------- */ U
?'$E\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); /)fx(u#
Rj6:.KEJ
GPlAQk
:?W {vV
看了之后,我们可以思考一些问题: OjO$.ecT
1._1, _2是什么? jyQBx
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。 ;Yo9e~
2._1 = 1是在做什么? wgfy; #
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。 2r;^OWwr?
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。 1&N|k;#QS
:&:IZkO
&* GwA
三. 动工 oz
$T.
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Y*nzOD$
4bXAA9"
tTrUVuZ
B~zP!^m
template < typename T > SxV(.i'
class assignment at7|r\`?-
{ %~%1Is`4J
T value; P5M+usx
public : zWvG];fsN
assignment( const T & v) : value(v) {} `.>5H\w0e
template < typename T2 > Fq3[/'M^
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } BkfWZ O{7
} ; \bAsn89O
E><!Owxt/
2B&Yw
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 9Br2}!Ny
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Cw;&{jY
8qwc]f$.w
L-ans2?
6ExUNp @U>
class holder ~@a7RiE@
{ @?ntMh6
public : VesW7m*z
template < typename T > Vlb L
p;
assignment < T > operator = ( const T & t) const <<F#Al
{ #k? Rl
return assignment < T > (t); BOqq=WY
} dbU
} ; h.0Y!'?
g*$
0G
bm1+|gssn
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: VU,\OOp
W}B4^l
static holder _1; [{3WHS.
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 $$C5Q;7w!
v|+}>g
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); t6
:;0[j
而不用手动写一个函数对象。 tm\ <w H
wqDRFZ1*P
g*8LdH6mq
EFeG[bxM
四. 问题分析 !NuYx9L?L
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。 -x
)(2|
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。 !fdni}f)
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 {#M=gDhbX
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 qmUq9bV
下面我们可以对这几个问题进行分析。 9_IR%bm
$IUP;
五. 问题1:一致性 }%k,PYe/
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| :@g@jcbYq`
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 #$V`%2>
AfvTStwr
struct holder i gzISYC_
{ Re?sopg0r
// 20 gPx;
template < typename T > (zkh`8L
T & operator ()( const T & r) const 01I5,Dm
{ N3^pFy`
return (T & )r; <x@\3{{U
} e2w$":6>
} ; ixN>KwH
V M[9!:
这样的话assignment也必须相应改动: K8*QS_*
S8j;oJ2d
template < typename Left, typename Right > Y1AbG1n|
class assignment EK.L>3
{ }]sI?&xB
Left l; ,u QLXF2
Right r; *|AnL}GJ
public : xXO& -v{
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 8 g'9( )&
template < typename T2 > 2a*1q#MpAt
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } [ d<|Cde
} ; HC
w$v#
>j?5MIm03
同时,holder的operator=也需要改动: Z91gAy^z<
+Cx~4zEq
template < typename T > sw*k(i
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const
7-Rn{"5
{ RhyI\(Z2q
return assignment < holder, T > ( * this , t); qcke8Q
} q p|T,D%
,G1|]
~
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。 ^8)&~q*
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 )<4o"R:*
Q"8)'dL'
return l(rhs) = r; Kbx (^f12
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。 # l~d
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: DMcvu*A
O89<IXk
template < typename Tp > 7=om /
class constant_t R#tz"T@
{ eFXxkWR)
const Tp t; 7|zt'.56[
public : En6fmEn&;o
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} #f.@XIt'
template < typename T > =YA%=
d_
const Tp & operator ()( const T & r) const MS^,h>KI
{ w ;H
return t; : ` F>B
} CCq<y
} ; DWJ%r"aN
<Q\`2{
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 lGG1d
下面就可以修改holder的operator=了 #CV(F$\1{
^1,]?F^
template < typename T > ?O4Dhu
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const i[3$Wi$
{ y(.WK8
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); %n}fkj'
} a}E8ADyC
o~P8=1t
同时也要修改assignment的operator() 8f^URN<x
l0D.7>aj
template < typename T2 > JPQ02&e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 2l5@gDk5
现在代码看起来就很一致了。 .[cT3l/t
Zy*}C,Z
六. 问题2:链式操作 08k1 w,6W
现在让我们来看看如何处理链式操作。 oE)c8rE
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。 8x,;B_Zu
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。 Rz=]KeZu
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。 :Yz.Bfli
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct }sJ%InL
Arp4$h
template < typename T > Ur&: Rr
struct result_1
L$jyeFB5
{ P#ru-0DD
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 't)j
} ; '[-H].-!
dJ24J+9}]j
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: ^ *
DKF
H8\{GGg
template < typename T > KMbBow3o*~
struct ref gX(QRQ
{ H50nR$$<*Y
typedef T & reference; 3J,/bgL5
} ; 3^
Z tIZ
template < typename T > '!1lK
struct ref < T &> r1?LKoJOn
{ ?,%N?
typedef T & reference; wkm
SIN:
} ; ;=^WIC+Nr
=u;q98r
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: fZ
%ZV
A(s/Nz>
template < typename T > T2(+HI2
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Sr+1.77}
{ "V:UQ<a\
return l(t) = r(t); n--`zx-['
} >XZq=q]E!
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。 iTK1I0
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 qob!!A14p
_%L3?PpF"
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
>=Rb:#UM
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: }oU&J81
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 n&V(c&C
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 e4`KnHsL
最后的布局是: ;s!H
Add W UV Q_<i+
/ \ ujSzm=_P
Divide 5 u}h'v&"e,
/ \ tw(2V$J
_1 3 ?@,:\ ,G
似乎一切都解决了?不。 97g-*K
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 3z ry %qV=
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 S:j0&*
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: -|T^
>@|<1Fx|
template < typename Right > ;K_B,@:'
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const >*(>%E~H
Right & rt) const QRjt.Ry|
{ #}Cwn$
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \r2qH0B
} kO#`m]
下面对该代码的一些细节方面作一些解释
zhe5i;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。 :tgTYIF
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。 loB/w{r*x
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。 q8lK6p\:W
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。 u rOG Oa$
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? EpfmH `
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: #(H_w4
SrtmpQ
template < class Action > -a[{cu{
class picker : public Action _7 ;^od=C
{ :6 fQE#(s&
public : Yp)U'8{h c
picker( const Action & act) : Action(act) {} ?uN(" I
// all the operator overloaded 2I<T<hFW]
} ; ,W-0qN&%/
YMd&+J`
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。 $5IrM7i
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ?X1#b2s
|gz,Ip{
template < typename Right > {;E/l(HNI
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Kd)m"9Cc
{ ihWz/qx&q
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); >N
J$ac
} *PEuaRDN
$%JyM
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > xNkY'4%
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 yh:,[<q
~'MWtDe:Z8
template < typename T > struct picker_maker q@9i3*q;
{ N 3c*S"1
typedef picker < constant_t < T > > result; 8tMte!E
} ;
I={{VQ
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > xW =$j|
{ to 6Q90(
typedef picker < T > result; ea0tx3'
} ; >G2-kL_
NO^t/(Z
下面总的结构就有了: @W8}N|jek
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。 E+zn\v
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。 !@{[I:5
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 6sl<Z=E#
至此链式操作完美实现。 "v!HKnDT
X.l"f'`l
8$U ZL
七. 问题3 2gAdZE&Y
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 9Fx z!-9m
lMez!qx,=
template < typename T1, typename T2 > 43=-pyp
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 3b@1Zahz
{ Os 2YZ<t
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); L"7`
\4
} &W+G{W{3
_np>({
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: *9Js:z7I
MZW
Y
template < typename T1, typename T2 > C$G88hesn
struct result_2 t0H=NUP8
{ L_ qv<iM$
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; H0 n@kKr
} ; efkie}
.N5R?fmD
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? 7TPLVa=hO
这个差事就留给了holder自己。 Rn(F#tI
A|_%'8
zGd*Q5l
template < int Order > O\F^@;]F6
class holder; .Xz"NyW
template <> [-Tt11
class holder < 1 > k=~pA iRDN
{ m\Fb ,
public : gc:p@<
template < typename T > MY*>)us\
struct result_1 \]#;!6ge
{ &Yks,2:P
typedef T & result; OjlB0
} ; qMdtJ(gq
template < typename T1, typename T2 >
!QW 0
struct result_2 zV(tvt
{ V<NsmC=g
typedef T1 & result; <\9Ijuq}k
} ; QRZTT qG
template < typename T > {S"
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 9EA
!j}
{ 8j+:s\
return (T & )r; 19w,'}CGk
} &B7+>Ix,
template < typename T1, typename T2 > ?)o4 Kt'h
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const y7IbE
{ (zro7gKked
return (T1 & )r1; ?r'TH/>
} tqwk?[y}+l
} ; %)hIpxOrX
sa gBmA~
template <> s?;<F
class holder < 2 > 0m YZ7S5g
{ o`T<