一. 什么是Lambda %g69kizoWi
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ]$Q@4=fb
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, >)k[085t
""IPaNHQ
w=^~M[%w
)(pgJLW
class filler L]l?_#*x
{ s.a @uR^
public : s+ ^1\
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} /JIVp_-p
} ; %vUUx+
|nU%H=Rs/
zoBp02j
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: -b34Wz(
)JU`Z@?8
olm'_{{
99n;%W>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); O9RnS\
Nh !U
R<^E?FI
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 q(BRJ(
b,47
EJ}
W#kLM\2L
e}s,WC2-
二. 战前分析 F*Ul#yX
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 DmZ_tuVI
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 J ayax]u7J
Z/;hbbG
^P`I"T
d
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); '1zC|:,
/* --------------------------------------------- */ SN`L@/I
vector < int *> vp( 10 ); 7,Q7`}gBf
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); )=5*iWe
/* --------------------------------------------- */ -$kbj*b##
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); swMR+F#u*
/* --------------------------------------------- */ ^}kYJvqA
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); K
k^!P*#
/* --------------------------------------------- */ *48LQzc
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); i,L"%q)C
/* --------------------------------------------- */ hJX;/~L
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1);
F |_mCwA
\P*%u
nVGOhYn
UaHN*@
看了之后,我们可以思考一些问题: ]ij:>O@{$
1._1, _2是什么? Iapzh y2l
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 >^B%qg6
2._1 = 1是在做什么? qLB(Th\&'
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。 ON"V`_dq+M
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。 !DKl:8mx4
0IsnG?"
eqpnh^0}d
三. 动工 `$/M\aM%
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: X4"[,:Tw
DyQvk
`?T8NK
|D8c=c%
template < typename T > x6|QTO
class assignment >
!HC
?
{ uJ,I6P~9
T value; -AKbXkc~\
public : k59.O~0V
assignment( const T & v) : value(v) {} {dV!sQD
template < typename T2 > v2mqM5Z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } U9R pHh`
} ; 1:"ZS ]i
E8We2T[^M
D&8*4>
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ,q
Bu5t
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ~I%JVX%
oF0*X$_X
McU]U9:z
Y FW0
class holder Zg!E}B:z
{ ` ln=D$
public : .PJ_1
template < typename T > sT"{ e7;F;
assignment < T > operator = ( const T & t) const Q__1QUu
{ O[&G6+
return assignment < T > (t); =+wkjTO
} 4buzx&
} ; f@IL2DL}\
=[^_x+x
hE
VW9BQs2w
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: .{k^
tf4
<' b%
static holder _1; u|E9X[%
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 iI%"]- 0@1
HKk;oG
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); R)"Y40nW
而不用手动写一个函数对象。 37 wm[Z
0.-2FHc9L
xGq,hCQHV
wY2#xD
四. 问题分析 $Blo`'
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 \w!G
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 /YWoDHL
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 B1oy,'
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 xr)Rx{)3h
下面我们可以对这几个问题进行分析。 QW.VAF\6*
C
G~)`
五. 问题1:一致性 \Clz#k8l1
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| g_}r)CgG|
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 *s/sF@8<X
#e0tT+
struct holder SnRTC<DDh
{ UB]}j^
// \.A~>=:
template < typename T > BW}^ n
T & operator ()( const T & r) const ?w1_.m|8u
{ O^I~d{M 5I
return (T & )r; `?PZvGi
} v6
DN:!&
} ; 8@|_];9#.
z]> 0A
这样的话assignment也必须相应改动: y@J]busU
1sZwW P
template < typename Left, typename Right > K3&v6 #]
class assignment pJx88LfR
{ g6$X {
Left l; *A`hKx
Right r; FfN==2:b
public : %O;"Z`I
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} B&#TbKp
template < typename T2 > %-|Po:6
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } b&A+`d
} ; _r5Q%8J
S5E mLgnRs
同时,holder的operator=也需要改动: "g\
'i_od|19~h
template < typename T > gk~.u
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ;g: TsYwM
{ ,)XT;iGQe
return assignment < holder, T > ( * this , t); {%@zQ|OO0
} `!DrB08A
|cJyP9}n
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。 @D-l_[
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Mi9A%ZmP
*@lNL=%R
return l(rhs) = r; oJR0sbikP
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。 s2iR }<
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 4hg]/X"H#
dl@
template < typename Tp > ~qLbyzHaB
class constant_t I 6a{'c(P
{ ^Qrdh0j
const Tp t; 9M:wUYHT
public : C
7YZ;{t
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} Z&@X4X"q
template < typename T > 0tm%Kd
const Tp & operator ()( const T & r) const ]<A|GY0q1
{ JSt%L|}Y
return t; }]N7CWy
} tfvX0J
} ; V"*|`z)
41mg:xW(J
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 g4&zBn
下面就可以修改holder的operator=了 1j# ~:=I
,(}7 ST
template < typename T > MQ5#6vJ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const "X g@X5BG
{ Fd2Eq&:en$
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); nM34zVy
} n>)CCf@H
bdk"7N
同时也要修改assignment的operator() ooreforr
mm'n#%\G
template < typename T2 > }k.-xaj
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } PQ<""_S||
现在代码看起来就很一致了。 9XX&~GW/
F(^vD_G
六. 问题2:链式操作 wo$9$~(
现在让我们来看看如何处理链式操作。 n'v[[bmu
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。 Yvs)H'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。 kih;'>H<
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。 d3_aFsQ
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ~dC)EG
c<wsWs 4V
template < typename T > Mi,yg=V
struct result_1 $IA(QC_]AO
{ %RG kXOgp
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; $Lv,e\]
} ; L&MR%5
"yXKu)_
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: 'U.)f@L#w
/jaTH_Q),:
template < typename T > fchsn*R%-
struct ref #Gx%PQ`
{ t,M_
typedef T & reference; "6 |j
0?Q
} ; yhJH3<
template < typename T > <iuESeDG
struct ref < T &> m.pB]yq&
{ zR6,?Tzg
typedef T & reference; 5,})x]'x
} ; jOa .h
$~!%Px)
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: i#Io;
H=9kDP${
template < typename T > 8om6wALXB
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ztTj2M"
{ N4I`6uDgD
return l(t) = r(t); >!848J
} <k!M+}a 9V
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。 3_|<CE6
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 n/6#rj^$
HC(Vu
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 1K?RA*aj
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ~~a,Fyko2
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 /2l&D~d"
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 :7UC=GKQk
最后的布局是: h/ 5|3
Add o}$uP5M8q
/ \ G
d~
v _
Divide 5 <*EMcZ
/ \ =!)Ye:\Q
_1 3 s!,m,l[P
似乎一切都解决了?不。 {,NGxqhE
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。 "5
;fuM1
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。 uzg(C#sp
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: waI?X2
vF@hg)A
template < typename Right > /Cy4]1dw
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const Rd'P\
Right & rt) const #(swVo:+E
{ h ` qlI1]
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); n2}(Pt.
} O+x"c3@Z)D
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 B-^r0/y;
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。 ]H|O
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。 yN[aBYJx,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。 oCfO:7
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。 p3r("\Za,
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? dUN{@a\R0
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: b S-o86u
z]_2lx2e
template < class Action > U\*]cw
class picker : public Action ezimQ
{ PAng(tubl
public : "5<:Dj/W
picker( const Action & act) : Action(act) {} ')N[)&&Q{
// all the operator overloaded 4Vtug>
} ; Hjhgu=
V>Dqw!
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。 5aj%<r
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: v[;R(pt?
mR["xDHD
template < typename Right >
zh{,.c
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const lfvt9!SJ+/
{ wZ4w`|'
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); mR|L'[l
} &F-
\t5X=i
wE[gp+X~
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > n6AA%? 5
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。 r7)qr%n
ziDvDu=
template < typename T > struct picker_maker xU/7}='T
{ uMx6:
typedef picker < constant_t < T > > result; :V3z`}Rl
} ; J>l?HK
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > H )51J:4
{ arIEd VfNa
typedef picker < T > result; e Fh7#~m
} ; xi51,y+(5
[rkw k\m*
下面总的结构就有了: >.M>,m\
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。 VwudNjL
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。 IM% ,A5u
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 {J1iheuS}
至此链式操作完美实现。 O1D|T"@
Zg$S% 1(Q
Ptz##o'{5
七. 问题3 PYBE?td
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。 He,,bq
v,C~5J3h)
template < typename T1, typename T2 > G6QD`ED
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const I8a3: )
{ ,<N{Y[n]e
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ;L,i">_%u[
} ]5K+W
M^*\$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: )s,LFIy<A
),CKuq>
template < typename T1, typename T2 > pdB\D
struct result_2 Y)@Y$_
{ DK
eB%k
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; w3ATsIw
} ; ZNne 8
C{,^4Eh3r
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? J/fnSy
这个差事就留给了holder自己。 NT0n[o^
/o%VjP"<
{nXygg
J
template < int Order > WW.@S5
class holder; U(0FL6sPC
template <> 5JhvYsf3_
class holder < 1 > `LNhamp
{ 67hfv e
public : ;W+8X-B
template < typename T > PWZd<
struct result_1 ~;?<OOt|wG
{ J^`5L7CO
typedef T & result; q8&l%-d`
} ; a_+?#m
template < typename T1, typename T2 > x&*f5Y9hCi
struct result_2 `<yQ`Y_X
{ nj0sh"~+
typedef T1 & result; $&&E[JY
} ; ^P^%Q)QXl
template < typename T > [nZIV
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 9sT5l"?g
{ mM72>1~L*
return (T & )r; I-Z|FKh_C
} aUzCKX%>C
template < typename T1, typename T2 > DrKB;6
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const # H
w(w
{ u*v<