一. 什么是Lambda vDOeBw=
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 XY QUU0R
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, .}y
Lz
#WpO9[b>
A8eli=W
qaGIU`}:$A
class filler fW}H##b
{ =v5(*$"pd"
public : ?R{?Qv
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 0_y%Qj^e
} ; a
m zw
;09J;sf
|]\bgh
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: +[}]a3)
/~tfP
6k3l/ ~R
fAUsJ[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); s*YFN#Wuc
ujWHO$uz!
S@"=,Xj M
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 K;xW/7?
ta 6WZu
;qk~>
FW.dHvNX
二. 战前分析 Q#r 0DWo\
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 /eMZTh*1P
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 qiF~I0_0
t@ JPnA7~
H62*8y8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ft6^s(t
/* --------------------------------------------- */ A0X0t
vector < int *> vp( 10 );
O}D8
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); CijS=-
/* --------------------------------------------- */ \+~4t
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 7Y*m_AhxJ
/* --------------------------------------------- */ i:8^:(i
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Cw|SY
/* --------------------------------------------- */ DVcu*UVw
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); n)7icSc
/* --------------------------------------------- */ G-(c+6Mn
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); )?bb]hZg?O
IP;@unBl
xA5$!Oq7
hCvn(f
看了之后,我们可以思考一些问题: yK7>^p}V
1._1, _2是什么? TxCQGzqe
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。 omA*XXUx=8
2._1 = 1是在做什么? `U3
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。 Fi/G, [q
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。 |O9=C`G_
#
|I@`#O
8W[]#~77b
三. 动工 enz Q}^
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: eztk$o
2,;t%GB
!Cy2>6v7
*pD;AU
template < typename T > `^_:
class assignment @Kr)$F
{ D)sEAfvX
T value; G!;[If:<e
public : u.=;A#
assignment( const T & v) : value(v) {} J|
'(;Ay4u
template < typename T2 > yrs3`/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } U[D<%7f
} ; ZtLn*M
?.4l1X6Ba
w;$+7
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 FOA%(5$4
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Wu&Di8GhP
M<srJ8|'
w1_Ux<RF
qi2dTB
class holder 7:<Ed"rdE
{ Mv=cLG?X
public :
'X,V
template < typename T > \veL 5
assignment < T > operator = ( const T & t) const 8 vw]u_e
{ Xt84 Evo
return assignment < T > (t); 4"{wga~%/
} .Cus t
} ; \8D~,$,``|
,R =VzP&
~\G3l,4
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: sD3|Qj;
xH[yIfHkG@
static holder _1; e"6i>w!
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 3T/j5m}+!
$\!;*SSj
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); <Y2!c,"
而不用手动写一个函数对象。 uP]o39b;V
] O>7x
A%2}?Ds
uCfp+
四. 问题分析 ;/T-rVND
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ,-Nk-g
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 <R>ZG"m {
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 BD-=y
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 K:@=W1
下面我们可以对这几个问题进行分析。 I}IW!K
2QRn
c"
五. 问题1:一致性 QZox3LM1&.
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| [9_ (+E[}
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Gnt!!1_8L
uP2a\C,$
struct holder odf^W
{ ,P@-DDJ
// DZ.trtK
template < typename T >
0QqzS
T & operator ()( const T & r) const HjS^
nYl
{ kG$8E
return (T & )r; =+S3S{\CK
} .boizW1+
} ; o~&!M_ED
3&fFIab9
这样的话assignment也必须相应改动: 1<`7MN
Z;\"pP:
template < typename Left, typename Right > ~J{[]wi
class assignment WUS9zK
{ X$iJ|=vW
Left l; Wb)l8[=
Right r; ;w(1Ydo
public : D])YP0|}
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} >? eTbtP
template < typename T2 > Pm(:M:a
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; }
uE`|0
} ; :$c:3~
h)^A3;2F
同时,holder的operator=也需要改动: eI rmD
yWi0tE{
template < typename T > :qTcxzV
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const S!W/K!wf
{ X\2hKUkT
return assignment < holder, T > ( * this , t); ko2j|*D6@~
} ]=VS~azZ5
?}v% JUcs
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 >TnQ4^;v.
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 kseJm+Hc
_I-VWDCk
return l(rhs) = r; \nAHpF
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 2U`W[
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: hUvuq,LH_
3;S`<
template < typename Tp > 0(/D|
class constant_t /NX7Vev
{ `{lAhZ5
const Tp t; Guw|00w,Q$
public : ,]_(-tyN|
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} v#]v,C-*
template < typename T > EQ63VF
const Tp & operator ()( const T & r) const Jhy
t)@7/,
{ 6.h
return t; Df:7P>
} A
a} o*
} ; uoY`qF.`
_pko]F|()
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 {hRie+
下面就可以修改holder的operator=了 !M&un*
N46$EsO!h
template < typename T > J2<
QAX
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const [7Lxt
{ tb?F}MEe
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Z<|_+7T
} Iei7!KLW
wEnuUC4j
同时也要修改assignment的operator() =ch
Af=
~K-*q{6Q
template < typename T2 > tG2OVRx8u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ' q<EZ{
现在代码看起来就很一致了。 \btR^;_\A
#>m,
Cm
六. 问题2:链式操作 +iH30v
现在让我们来看看如何处理链式操作。 `o8{qU,*]N
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。 =6Sj}/
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。 Wd`
QpW
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。 CnSX
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Xvj=*wg\Y
f UF;SqT
template < typename T > r ctSS:1
struct result_1 s|gD
{ u2-@?yt
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; nz(q)"A
} ; me:|!lI7YU
&xBK\
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: BnaU)E h
,>
(bt%b
template < typename T > }x?H ~QQT
struct ref 1KYbL8c
{ 8S1P&+iKs
typedef T & reference; ,]uX:h-EM
} ; )0U3w#,JQ
template < typename T > 12tJrS*Z
struct ref < T &> ?
%+VG
{ Uc&6=5~Ys\
typedef T & reference; D,dHP-v
} ; +-aU+7tu
\7t5U7v8U
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: `?]rr0.}hp
C](z#c~c
template < typename T > i'Y'HI
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const cNuHXaWp
{ k~1j/VHv
return l(t) = r(t); F8[B^alAe
} p`ADro*
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。 'z-;* !A}j
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 lP@)
(~ ]g,*+
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 $K?T=a;z
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: S~k 0@
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 lHcZi
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 WXLe,7y
最后的布局是: &R'w-0k_
Add ,l$NJt
/ \ N4a`8dS|
Divide 5 Z#4JA/c!
/ \ r*6"'W>c6
_1 3 ;V(H7
ZM
似乎一切都解决了?不。 ){+[$@9
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 a
IpPL8a
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 s-C!uq
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: cXk6e.Uz
ha|@ Xp
template < typename Right > C{UF~
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const PG6[lHmi
Right & rt) const X(GmiH /E
{ C#Hcv*D
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ~5r=FF6
} I(OAEIz
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 QN_)3lm
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 aJ:A%+1
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 Xr?>uqY!M
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 ='dLsh4P2N
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 3:[!t%Yb
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? cxXbo a
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: W!/vm
L289'Gzg
template < class Action > U@.u-)oX
class picker : public Action ;RWW+x8IB
{ 8%o~4u3
public : lo+xo;Nd
picker( const Action & act) : Action(act) {} `E3:;|
// all the operator overloaded 2Vp>"
} ; X,RT<GNNb
(TEo_BW|+
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 87^:<\pp
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: \npz.g^c_
W\it+/
template < typename Right > n$.1Wk"
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const >j50
;</
{ l^k+E-w\
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Mjb 1
} p`>AnfG
3<c*v/L{C\
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > [AXsnpa/C
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。 |EF>Y9
b/}'Vf[
template < typename T > struct picker_maker a(8>n
Z,V
{ $brKl8P
typedef picker < constant_t < T > > result; 9v~1We;{$
} ; Bj@x$v#/^
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > <fNGhmL
{ r_Lu~y|
typedef picker < T > result; luW
<V>
} ; h ZoC _\
g-."sniP$g
下面总的结构就有了: p1Q/g Il
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。 MWM
+hk1fs
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。 |]^l^e6m
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 R=`U 4Ml;
至此链式操作完美实现。 0/ut:RV0
SK's!m:r=
y0,Ft/D
七. 问题3 x.I][(}
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。 kr^0% A
G9\EZ\x!
template < typename T1, typename T2 > '.pgXsC:=?
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const D899gGe
{ 43KaL(
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); +Dv 7:x7
} !0`lu_ZN
vx'l>@]k
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: #`/bQ~s
sNL+F
template < typename T1, typename T2 > 4 GUA&