一. 什么是Lambda ]Z~H9!%t
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 z_zr3XR9
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, W4Eo1 E
'Ct+0X:D
6rRPqO
j
jtZ@`io
class filler 40Du*5M
{ oV*3Mec
public : X}^,g
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} uy B
?-Y+
} ; Tj.;\a|d
HMBxj($eR
r+) A)a,
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: 13B[mp4
$
@^n3ZQ4
%DiZ&}^Ck
PPohpdd)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); bzZEwMc6
/$B<+;L!#
L%<1cE))
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 (ttO
O45
7)[4|I
iX4/;2B=,
I@[.W!w
二. 战前分析 -0>@jfP^D
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 hG3b7!^#g
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 ]e+S ~me
; LTc4t
[u~#F,_ow
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ?p/i}28=y
/* --------------------------------------------- */ @$Y`I{Xf
vector < int *> vp( 10 ); #w#B'
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ,cpPXcz ?,
/* --------------------------------------------- */ |,qz7dpe
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); sR #( \
/* --------------------------------------------- */ 1(C%/g#"
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 8TuOf(qE
/* --------------------------------------------- */ )u<sEF
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Lx2.E1?@
/* --------------------------------------------- */ Y(<>[8S m
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); #A?U_32z/2
a?@j`@]ZR~
*!Xhy87%Z)
iX~V(~v
看了之后,我们可以思考一些问题: YT#"HYO
1._1, _2是什么? [_${N,1
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。 r]2}S=[
2._1 = 1是在做什么? T#T!a0
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。 TC ^EyjD
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。 qdOaibH_
Nmp1[/{J
.4U::j}
三. 动工 #VD[\#
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: E_-CsL%
KbSIKj
]_j{b)t
C7,Ol0`v
template < typename T > /f_lWr:9l
class assignment U2!9Tl9".
{ {ImZ><xe/
T value; wz;IKdk[
public : MLaH("aen
assignment( const T & v) : value(v) {} q
S2#=
template < typename T2 > N-;e"
g
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } WFy90*@Z
} ; M" %w9)@
jiz"`,-},O
8{@#N:SY
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 NfKi,^O
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment r\a9<nZ{
wn5CaP(]8
]{Iy<
&rk/ya[
class holder vxK}f*d
{ l[.RnM[v
public : lY0^Z
template < typename T > H 2\KI(
assignment < T > operator = ( const T & t) const =((#k DrN
{ ABB4(_3E
return assignment < T > (t); r`VKb
} ,H\EPmNHK
} ; BY72 fy#e
?<
mSEgvu
!bS:!Il9=
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: }JoCk{<31
C%0 |o/Wi
static holder _1; rl[&s\[
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 }`M[%]MNc
C4]vq+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); aB+Ux<
-
而不用手动写一个函数对象。 ) j_g*<
A9!%H6
7;+:J;xf66
Zw`Xg@;xP
四. 问题分析 fXEF]C
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。 AMGb6enl
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。
]8<;,}#
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 $-EbJ
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 _T7tq
下面我们可以对这几个问题进行分析。 wZ5+ H%x
|#Z:v1]"
五. 问题1:一致性 '/J}T -,Z
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?| a$l
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 +K])&}Dw
inBBU[Sl
struct holder D}r,t_]Eb
{ bT2 b)nf
// ng;,;o.
template < typename T > lrPiaSO`I
T & operator ()( const T & r) const ^?VYE26
{ U5[xW
return (T & )r; HE,# pj(D
} TG~:Cmc
} ; d:|X|0#\uH
CfNHv-jDL
这样的话assignment也必须相应改动: rfpeX
m(L]R(t
template < typename Left, typename Right > LkD$\i
class assignment D9*GS_K2t
{ 4N|^Joi
Left l; $z)r(N$
Right r; qCi6kEr
public : 9s8B>(L
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 2j+v\pjYC
template < typename T2 > }Zu>?U
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } Z?kLAhy!
} ; N{U``LV
v}q3_m]
同时,holder的operator=也需要改动: Iww.Nd2
gNY}`'~hr
template < typename T > (p08jR
'5
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const id="\12Bw
{ na,j
return assignment < holder, T > ( * this , t); 2>Bx/QF@<
} t."hAvRL
%"Q{|}
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。 y w)q3zC
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 &=oW=g 2
a;jXMR
return l(rhs) = r; /B73|KB+
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。 03Pa; n
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: g.ty#Z=:
sDL@e33Yb
template < typename Tp > "E =\Vz
class constant_t lS&$86Jo(
{ 'yu M=Pb
const Tp t; :_E
q(r
public : 484lB}H
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} mojD
template < typename T > >DeG//rv
const Tp & operator ()( const T & r) const P$?3\`U;
{ @AYO )Y8
return t; ?&W1lYY
} c%%r
} ; fm C)]O%q
~GZ!;An
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 `!rH0]vy
下面就可以修改holder的operator=了 P#H|at
(F@.o1No%
template < typename T > q] eSDRW
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ]y= ff6Q
{ Ch8w_Jf1yx
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); @|! 9~F
} STmn%&
O&YX V
同时也要修改assignment的operator() HQlhT
9t:P1
template < typename T2 > a=}JW]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } G66A]FIg
现在代码看起来就很一致了。 %upnXRzw
EkS7j>:
六. 问题2:链式操作 q|,cMPS3
现在让我们来看看如何处理链式操作。 !m)P*Lw
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。 >Q':+|K}
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。 jkw:h0hX
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。 <+ 0cQq=2
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct \W$bOp
,b!!h]t
template < typename T > =@$G3DM
struct result_1 EooQLZ
{ p""#Gbwj
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; (%*CfR:>
} ; v3SH+Ej4
#hvLv
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: AW3\>WC
QB p`r#{I{
template < typename T > v).V&":
struct ref HPJ\]HV(
{ &iCE/
typedef T & reference; mNS7/I\
} ; U%oh?g
template < typename T > l1BbL5#1Q>
struct ref < T &> JQ|qg\[
{ %HOMX{~}#
typedef T & reference; k{_ Op/k}V
} ; .R5[bXxe7
dER#)bGj
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: z<2!|
]l\'1-/
template < typename T > #LRN@?P
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const gx+bKGB`
{ F)P"UQ!\
return l(t) = r(t); _cra_(b
} cm^:3(yYX
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。 |^&n\vXv
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 QH%Zbt2qS
F&?55@b
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 {B^V_TX2
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: u%n6!Zx
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 9+<%74|,
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 $B6CLWB
最后的布局是: @pq#?
Add *xm(K+j
/ \ *=UxX ]0y
Divide 5 X"QIH|qx-
/ \ zO#{qF+~;
_1 3 F\&Sn1>k
似乎一切都解决了?不。 z"/Mva3|
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 IHqY/ j
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 QP/6N9/
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: 0ox
8_l
N[e QT
template < typename Right > 8\,|T2w,X
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const v@zpF)|
Right & rt) const &0B<iO<f
{ Wn;B ~
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }6/L5j:+
} ut6M$d4
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 @**@W[EM
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。 GA&mM