一. 什么是Lambda 0(:SEiz6s
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 H6|eUU[&
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, ACZK]~Y'N*
cGdYfi
yO!M$aOn/
nbf/WOCk
class filler ]t`SCsoo
{ Ot:}Ncq^\O
public : B.~]
7H5"(
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ; D/6e6
} ; 5$N#=i`V
e3~{l~Rb
h,]VWG
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:
[)~1Lu
v}d)uPl};
G'PZ=+!XO/
}*xjO/Ey
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); "d0=uHd5\
6ST(=X_C
nhjT2Sl
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Gsb^gd
N)R5#JX
*L$_80
fFr9]
二. 战前分析 k{N!}%*2
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 7}6CUo
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 ms&1P
0H_uxkB~
v~x4Y,m%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); OHsA]7S
/* --------------------------------------------- */ ci$J?a
vector < int *> vp( 10 ); Ef28
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ~&Ne
P
/* --------------------------------------------- */
xz.Jmv
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); WQ%O/
/* --------------------------------------------- */ #vga
qe9
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); :Q]"dbY^
/* --------------------------------------------- */ yGAFQ|+
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ^7YNM<_%@
/* --------------------------------------------- */ )Se$N6u-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); fi`\e
W
Z${eDl6i
[YHtBM:y
; teM^zyI
看了之后,我们可以思考一些问题: qxu3y+po]
1._1, _2是什么? 0F/[GZ<k
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。 3]mprX'
2._1 = 1是在做什么? T]-MrnO
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。 ~"SQwE|
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。 09jE7g @X}
LR>s2zu-
U$& '> %#
三. 动工 vIOGDI>
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 2%`=
LGQC
G:tY1'5
4_U"M@
dgoAaS2M
template < typename T > OoH-E.lp
class assignment W.jXO"pN
{ .O5V;&,
T value; Mh5>
hD
public : Q[rZ1z
assignment( const T & v) : value(v) {} Rk3
bZvj3
template < typename T2 > AguE)I&m
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } /[\g8U{5B}
} ; yxp,)os:
:;]9,n
v
x/YWZ
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 d!0rq4v7
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment .7gh2K
Wtcib-
!W@mW
5J|
B\)Te9k'
class holder TaBya0-
{ b(;u2 8
public : `Y4K w
template < typename T > c:7F
2+p
assignment < T > operator = ( const T & t) const 2*z~'i
{ ka\{?:r,8
return assignment < T > (t); W3/bM>1
} O=RS</01!
} ; !uW*~u
*S:~U
|y eQz
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: 0h*Le
<;PKec
static holder _1; J*$%d1
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 $$1t4=Pz
Zdqm|_R[
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |;wc8;
而不用手动写一个函数对象。 aPEI_P+Ls
)c' 45bD
?1JY6v]h4
^?+[yvq
四. 问题分析 P{6$".kIY
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 9>S)*lU&s
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 :! oJmvy
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 208^Yu
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 l X+~; 94
下面我们可以对这几个问题进行分析。 HC6U_d1-6
EXr2d"
五. 问题1:一致性 #[{{&sN
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| EpMxq7*
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 >U{iof<
X_o#!
struct holder iv *$!\Cd
{ xBTx`+%WS
// D`a6D
template < typename T > }]o8}$&(
T & operator ()( const T & r) const
w_Slg&S
{ )0exGx+:
return (T & )r; -|#{V.G3'
} v-3VzAd=*&
} ; K_)~&Cu*'
Yjc U2S"=P
这样的话assignment也必须相应改动: 7b>_vtrt
WK`o3ayH-
template < typename Left, typename Right > ;kk[x8$
class assignment & mO n]
{ b},2A'X
Left l; G^k'sgy.
Right r; 5+M,X kg
public : s;OGb{H7
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} L?d?O
template < typename T2 > rz%~=Ca2j
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } :C} I6v=
} ; lK=Is
v+
j*?8w(!
同时,holder的operator=也需要改动: Jq&Hz$L|
-eF-r=FR
template < typename T > {kk%_q
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 1Z< ^8L<
{ 8>eYM
return assignment < holder, T > ( * this , t); uS`}
} 9Q4{ cB
{fACfSW6
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 9m)$^U>oz
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Hp=BnN
qhxMO[f
return l(rhs) = r; hi!A9T3%}M
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。 mcd{:/^?
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: <!Cjq,Sk7
h$'6."I
template < typename Tp > Ra|P5
class constant_t l!x+K&
{ zX_F+"]THt
const Tp t; #kM|!U=
public : MRt"#CO
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ,yltt+e
template < typename T > AyO%,6p[
const Tp & operator ()( const T & r) const f-|?He4O]
{ KBB)xez8
return t; 4)w,gp
} Z|n|gxe
} ; {O2=K#J
+s}&'V^
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 E,6|-V;?
下面就可以修改holder的operator=了 $M)i]ekm
_,L_H[FN
template < typename T > &6vaLx
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const w/*G!o-<
{ ]!{S2x&"
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ]M*`Y[5"
} I:TbZ*vi~
u @Ze@N%
同时也要修改assignment的operator() S=r0tao,!v
W9%v#;2
template < typename T2 > A,_O=hA2I
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } %@vF%
现在代码看起来就很一致了。 2X\Pw
tC'E#2
六. 问题2:链式操作 BwWSztJ+B
现在让我们来看看如何处理链式操作。 NF8<9
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。 )%@7tx
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。 %JE>Z]
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。 xkDK5&V
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct $~b6H]"9
i`gM> q&
template < typename T > 2V)+ba|+
struct result_1 VEh9N
{ F9o7=5WAb
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; / rc[HbNg.
} ; }dzdx "
/*y5W-'d^
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: fG'~@'P~
?0t^7HMP
template < typename T > L=#NUNiXr
struct ref dHIk3j-!
{ XZKlE
F?
typedef T & reference; Li6|c*K'
} ; =\.*CY|;N
template < typename T > wvq4 P
struct ref < T &> +Xs E
{ YYn8!FIe
typedef T & reference; &NBH'Rt
} ; VH]}{i"`
yIKpyyC9H
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: }8 z:L<
'w=|uE {^
template < typename T > !0@4*>n
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const o9e8Oj&
{ )K{ s^]Jp
return l(t) = r(t); )9`HO?
} |;US)B8}*Z
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 Dq<la+VlO
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Csuasi3]1d
vT EqT
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 4 -tC=>>wc
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 7zH2dqrj
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ,)[9RgsE
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 b$DiDm
最后的布局是: U/enq,-F^
Add 0]SWyC
:
/ \ ikc1,o
Divide 5 eI:[o
/ \ ? #rXc%F
_1 3 oY^I|FEOz
似乎一切都解决了?不。 Yc]V+NxxQ
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。 K2Abu?
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。 /7D5I\
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: INr1bAe$
teS>t!d
template < typename Right >
"/6#Z>y
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Cy?]o?_?
Right & rt) const 1]:,Xa+|S
{ {KHI(*r;
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [gBf1,bK
} A6=Z2i0w>X
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 |,,#DSe
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。 Z2M(euzfi3
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。 +JtK VF
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。 k";dK*hD,
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。 O z0-cM8t
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? H*N <7#
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: u9@B&
,h o",y
template < class Action > g,\kLTg
class picker : public Action .9vS4C
{ >;4q
public : .5Y{Yme
picker( const Action & act) : Action(act) {} 68z#9}
// all the operator overloaded mvjx
&+q
} ; |V\{U j
@
3=pFYW)
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。 F[}#7}xjA
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: c]Epg)E
f DXK<v)
template < typename Right > #`3Q4
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const
Hy3J2p9.
{ ^rJTlh
9
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); &