一. 什么是Lambda )LC"rSNx%
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 |k.%e4
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, pW&K=,7|
qAI%6d
B^;"<2b*
+ /+> :
class filler P;8nC:z L
{ vJ,r}$H3
public : I<+EXH%1,
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} lKdd3W"o
} ; h~EGRg
@T.+:U@S
J2ZV\8t
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: XrUc`
[L m
r>ziQq8C&
7q%xF#mK=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ^sVr#T
i0}f@pCB?X
E.N@qMn~
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 X+2uM+
VW`SqUl
WuuF&0?8C
X 0vcBHh
二. 战前分析 g1kYL$ o4
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。 %T6
sm
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 ,A%p9
5Z@0XI
)L/0X40<.
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ;kDUQw
/* --------------------------------------------- */ &J?:wC=E
vector < int *> vp( 10 ); /hN;\Z[@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); v<3KxP'a
/* --------------------------------------------- */ xm Ns%
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); V O\g"Yc
/* --------------------------------------------- */ sOJXloeO[6
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); rnyXMt.q
/* --------------------------------------------- */ ;rRV=$y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); FUVp}>#U
/* --------------------------------------------- */ 8IkmFXj
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); jd`h)4
"wy2u~
j:2TicHDC
[KL-T16
看了之后,我们可以思考一些问题: j- cp
1._1, _2是什么? +)hxYLk&I
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。 JIiS/]KQ
2._1 = 1是在做什么? ({3Ap{Q}
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。 + 70x0z2
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。 h+R26lI1x
b4qMTRnv
YP
Qix
三. 动工 a]/KJn/B(
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 1}_4C0h\'
YK\pV'&+
j1rR3)oP
q|{z9V<
template < typename T > 4/ WKR3X
class assignment /\{emE\]
{ ?9;CC]D
T value; A$M8w9
public : OdbXna
assignment( const T & v) : value(v) {} R<B5<!+
template < typename T2 > esiU._:u
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } D 0Mxl?S?
} ; &,P; 7 R
]Twyj
I_m3|VCa|t
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 c@2a)S8Y]
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment G@KDRv
TSD7R
: *XAQb0
RFLfvD<
class holder Uc,MZV4
{ 0xx4rpH
public : <+-=j
template < typename T > "} "/d(
assignment < T > operator = ( const T & t) const qSGM6kb
{ ! 1Hs;K
return assignment < T > (t);
:R`e<g~4
} 5 JlgnxRq
} ; H:|.e)$i
k`;d_eW
'?jsH+j+
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: tI@aRF=p]2
iZLy#5(St
static holder _1; '4Jf[
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Y7zs)W8xTT
A%2B3@1'q
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); HC}vO0X4
而不用手动写一个函数对象。 \HIBnkj)3n
!?>QN'p.b
vV xw*\`<6
IG{lr
四. 问题分析 Lk!m1J5
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。 \FUMfo^
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。 P-a8S*RRa
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 \WBO(,]V
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 >|z:CX$]
下面我们可以对这几个问题进行分析。 tz8fZ*n
8k3y"239t
五. 问题1:一致性 z#Fel/L`O
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| q 'd]
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ]ag{sU@#
|{Ex)hkw
struct holder x|yJCs>
{ EjFn\|VK
// }`2a>N:
&
template < typename T > Z;V(YK(WO.
T & operator ()( const T & r) const {_-T! yb
{ w\MWr+4
return (T & )r; 4/%fpU2
} t
V(
WhP
} ; I eJI-lo
0@!huk
这样的话assignment也必须相应改动: 2*<Zc|uNW
8h0C G]
template < typename Left, typename Right > z"T+J?V/
class assignment ImG8v[Q
E
{ hsQDRx%H}
Left l; ;<q2
Right r; !d<R=L
public : =%<,
^2o
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} eM{u>n+`F0
template < typename T2 > ?QmtZG.$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } !qp$Xtf+
} ; "0uM%*2
AmHj\NX$
同时,holder的operator=也需要改动: (~eS$8>.
6lCpf1>6@
template < typename T > Y<|JhqOXK
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const cE:s\hG
{ Ufl\
uq3'H
return assignment < holder, T > ( * this , t); {ZrlbDQX
} [Q{\Ik
u178vby;l
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Ovc9x\N
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 JH{/0x#+
"5L?RkFi\
return l(rhs) = r; >t.Lc.
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 {?`7D:]`^
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: =y-yHRC7
.SjJG67OyA
template < typename Tp > F \ls]luN
class constant_t ]:#=[CH
{ J/jkb3
const Tp t; /6Q]f
public : "o+?vx-
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} .n1&Jsey
template < typename T > g=[OH
const Tp & operator ()( const T & r) const =]]1x_GB
{ *djLf.I@
return t;
:`NZD
} iphC\*F
} ; [:.wCG5
|,p"<a!+{w
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 W M` 3QJb
下面就可以修改holder的operator=了 COsmVQ.
d_d&su
E
template < typename T > gkO^J{_@q
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ~1D^C |%
{ r) x
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); bw zx_F/
} &muBSQ-
':fp|m)M
同时也要修改assignment的operator() 3 nG.ah
+Ps.HW#NY
template < typename T2 > WI4<2u;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); }
O_8 SlW0e
现在代码看起来就很一致了。 m{Vd3{H40
7H)$NG<U$
六. 问题2:链式操作 ,eBC]4)B6
现在让我们来看看如何处理链式操作。 pe
vXixl
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。 0t?o6e
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。 o3dqsQE%
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。 )][U6 e
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Ny2
Z
<TW
_i {Y0d+
template < typename T > zawu(3?~)5
struct result_1 Rpg g
:
{ !nSa4U,$w<
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 8j;Un]
} ; e?.j8Q~
X#t tDB
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 3T8d?%.l
f-enF)z
template < typename T > 84QOW|1
struct ref a$|U4Eqo
{ EW*sTI3
typedef T & reference; v1 8<~
} ; %jzTQ+.%]^
template < typename T > VIz(@
struct ref < T &> $U*eq[
{ llP
V{
typedef T & reference; KE3`5Y!
} ; /IWAU)A0
YK6LJv}
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: <4;
nq~
i8V\ x> 9
template < typename T > HpEd$+Mz
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const L]H'$~xx*
{ ;&&<zWq3h
return l(t) = r(t); uC;_?Bve
} 3<&:av3
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 YSeH;<'
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 MvpJ0Y (
RG{T\9]n
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 9s^$tgH
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: QMBT8x/+_'
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 bFX{|&tHU
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 KAClV%jP
最后的布局是: qR'FbI
Add !b+4[xky
/ \ Zu.hcDw1
Divide 5 ,!l _
/ \ &`I(QY
_1 3 T&_&l;syA
似乎一切都解决了?不。 #gQn3.PX+y
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。 ByY2KJ7
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。 RqTO3Kf
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: 8TFQ%jv
@e)}#kN.
template < typename Right > f256;3n
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const
X%'z
Right & rt) const t,7%|
{
{ ww^\_KGu7
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); hN2A%ds*(j
} A4tk</A
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 pX_#Y)5
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。 @wcF#?J
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。 !d N[9}
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。 mLuNl^)3
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。 =sYILe[
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? U*[E+Uq}:N
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: l1 Kv`v\
0$)Q@#
template < class Action > PyQ.B*JJ
class picker : public Action S[F06.(1
{ -'$ob~*
public : :/T\E\Qr
picker( const Action & act) : Action(act) {} 8 ??-H0P
// all the operator overloaded a&_