一. 什么是Lambda ,*wa#[
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 N>xs@_"o
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, tNG0ft%a
rAM{<
MCjf$pZN]
_cQTQ
class filler jV#{8 8
{ >5'C<jc C
public : O#sDZ.EL
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} G?#f@N0.5p
} ; >01&3-r
'UUIY$V[
n&pi
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: AKzhal!
:Fm;0R@/k
N/4`afiV.
.|G([O^H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); vB
hpD
QcU&G*
u|BD=4*
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 8rx?mX,}
i<m 1^a#C'
[z5pqd-
")q
二. 战前分析 "
;8H;U`
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。 <]2X~+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 F\^9=}b_i
7y""#-}V[r
\_bk+}WJ]s
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); jgQn^
/* --------------------------------------------- */ Z@4BTA
vector < int *> vp( 10 ); eG55[V<!
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); w@ALl#z;}
/* --------------------------------------------- */ )*}2L_5]
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 7_xQa$U[
/* --------------------------------------------- */ P+tRxpz
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); V^sZXdDNL
/* --------------------------------------------- */ IH(]RHTp%
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); Ha>Hb`
/* --------------------------------------------- */ OuWG.Za
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 4! ]28[2B6
v0+mh]
#&u9z5ywM
5 Sm9m*/
看了之后,我们可以思考一些问题: >rJ9^rS
1._1, _2是什么? JVy- Y
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Gi]R8?M
2._1 = 1是在做什么? Tk\?$n
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。 t@m!k+0
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。 OMgFp |^
0&XdCoIe
r{R879
三. 动工 n] {sBI3
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: .dM4B'OA?
rWsUWA T*
%xv }
j
N":9+F
template < typename T > V9
Z
class assignment 90<z*j$EK
{ 2%o@ ?Rp
T value; b/"&E'5-`\
public : "V|&s/9
assignment( const T & v) : value(v) {}
StZ GKY[Q
template < typename T2 > mu`:@7+Yp
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } P`^3-X/
} ; T)4pLN
E
PggjuPPh
[[
{L#
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Lmh4ezrdH
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment O\0]o!
&q8oalh
mcO/V-\5'
drRi<7
i
class holder K X0{dizZ
{ nD#QC=}
public : QAN :
template < typename T > V&e9?5@
assignment < T > operator = ( const T & t) const . l1uqCuB
{ "L ,)4v/J
return assignment < T > (t); % \N52
} \;#T.@c5
} ; iwM$U(
9
b&]_5 GGc
r2!\Ts 5v
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: H 5\k`7R
9W5~I9%
static holder _1; uUmkk
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 L F<{/c9,
vT1StOx<V
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); iG+hj:5
而不用手动写一个函数对象。 =*2_B~`
*z852@
^W8kt
zH)M,+P
四. 问题分析 qK=uSLo\+
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。 nev@ykP6
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。 {"e)Jj_=
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 V7~tIhuJH
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 GQ-fEIi{
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ]]"O)tWHj
*.F^`]yz
五. 问题1:一致性 1 >}x9D
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?| b9Fd}WZz
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 X>-|px$vy
@*>kOZ(3
struct holder |!Ryl}Oi
{ Hs6?4cgj
// vIzREu|5
template < typename T > esh7*,7-z*
T & operator ()( const T & r) const gPT<%F
{ rm}%C(C{J
return (T & )r; Fi!BXngbd
} 'GyO
} ; PAYS~MnV@3
qnc?&f
这样的话assignment也必须相应改动: uT :Yh6
v~.nP}
E^
template < typename Left, typename Right > ?Sj>b
class assignment 7oWT6Qa5
{ 8GN_3pT
Left l; sV']p#HK0
Right r; (8Ptuh6\\2
public : IoAG !cS
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} /8Wfs5N
template < typename T2 > F9}j iCom
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } `W=3_
} ; vw
%noByq,?
同时,holder的operator=也需要改动: MJ?fMR@
BG&XCn5g|
template < typename T > 5|<j Pc
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ](@HPAG]
{ 7$zeRYD+
return assignment < holder, T > ( * this , t); #Ch*a.tI@
} '((pW
{3LAK[C
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。 R]LuZN
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 fFe{oR
(,`R >Dk
return l(rhs) = r; zhdS6Gk+
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。 $S6%a9m
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: rWMG6+Scb
% S vfY {
template < typename Tp > T9'd?nw9
class constant_t 2j =i\ B
{ ]_5qME#N
const Tp t; _TbQjE&6
public : ~NV 8avZ
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 'qy
LQ:6
template < typename T > o'?[6B>oj
const Tp & operator ()( const T & r) const m%s&$
{ h<0&|s*a)
return t; 4roqD;5|~|
} iwVsq_[]L
} ; FL|\D
;Pw\p^wz
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 $p;<1+!
下面就可以修改holder的operator=了 6"djX47j
AY x*Ngn
template < typename T > &l8eljg
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const }nx5
{ [:BD9V
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); \8<ZPqt9
} H_nIlku
V] 0T P#
同时也要修改assignment的operator() pf8M0,AY
(ebC80M
template < typename T2 > E#zLm
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } eHl)/='
现在代码看起来就很一致了。 4 \Ig<C9
q]2t3aY%
六. 问题2:链式操作 S HxD(6
现在让我们来看看如何处理链式操作。 1DRih>+#
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 kMx^L;:n
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 @>Bgld&vl
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 n@te.,?A"
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct mMOjV_
F%ffnEJg
template < typename T > MXa(Oi2Gg
struct result_1 j;yKL-ycB
{ Dbg,|UH
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; V'^E'[Dd{
} ; q|zips,
G%F}H/|R
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: `UD,ne
=@ d/SZ|(E
template < typename T > HT%'dZ1
struct ref OpD%lRl
{ *Roqie
typedef T & reference; UC@Jsj~f
} ; <8iu :nR
template < typename T > PJF1+I.%c#
struct ref < T &> /e;E+
{ wTe 9OFv
typedef T & reference; A4{p(MS5
} ; 91\Sb:>
oJ.5! Kg
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 34F;mr"yp
Ib(G!oO:E-
template < typename T > 92(P~Sdv
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const n@$("p
{ ^xX1G_{
return l(t) = r(t); 6o)RsxN eu
} 3lsfT-|Wt&
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。 )]tf|Mbu
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Qf($F,)K
gwyX%9
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 -!QVM\t
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 6an= C_Mb`
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 "t)$4gERK
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 z'&tmje[?
最后的布局是: U1;&G
Add _;mA(j
/ \ 8 RA
Divide 5 Q2 Dh(
/ \ QV[#^1
_1 3 0[ZB ^
似乎一切都解决了?不。 puAjAvIax
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。 Oq*;GR(Q
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。 Oy_%U*
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: \7PC2IsT3
-&E