一. 什么是Lambda :_pn|
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 a7"Aq:IjU
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, g1&q6wCg|
c:2LG_mQ
Q:j)F|uhc
+O@|bd\
class filler !rff/0/x"
{ {tUxRX
public : ageTv/
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} a&<_M$J&
} ; Z
|<
[BFPIVD)h]
[n&SA]a
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: =a(]@8$!1
vAfYONU
iIc/%<
;
3y yVI#
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 1'b}Y8YO
S%3&Y3S
sU"sd7#A
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 YA~`R~9d
;jFUtG
&+ UnPE(
?7TuE!!M
二. 战前分析 N$M:&m3^
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 YtA<4XHU
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 =J'&.@Dwz
SDko#
="
pNE#
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); N[kl3h%q
/* --------------------------------------------- */ 3 V$
\s8
vector < int *> vp( 10 ); 1Sd<cOEd
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ;nKhmcQ4
/* --------------------------------------------- */ >9t+lr1
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); d Y`P
/* --------------------------------------------- */ (1)b> 6
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); I$*LMzve
/* --------------------------------------------- */ tkW7wP;
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); -=)+)9~G
/* --------------------------------------------- */ '}F..w/
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); n7hjYNJ
E=t^I/f)E
rAS2qt
O}X@QG2_
看了之后,我们可以思考一些问题: 5EL&?\e
1._1, _2是什么? fK+[r1^
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 BQ(sjJ$v6F
2._1 = 1是在做什么? ]s`cn}d
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。 lVgin54Q
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。 Kc+TcC
tD> qHR
8" (j_~;
三. 动工 '%*/iH6<U{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: RSIhZYA
fnK H<
tLM/STb6
J/\^3rCB
template < typename T > Wo6C0Z3g}
class assignment _vUId?9@+e
{ ;9hS_%ldX4
T value; ;ApldoMi
public :
DlQ*'PX7
assignment( const T & v) : value(v) {} QPKY9.Rvv
template < typename T2 > o(g}eP,g}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } a6hDw'8!
} ; jk1mP6'P|
_A6e|(.ll
q6eD{/4a1
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 [y(<1]i-a
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment OD).kP}s^
i?6#>;f
dI~{0)s
z W*Z
class holder B X Et]+Q
{ ij02J`w:Ra
public : sNsWz.DLT#
template < typename T > j0A9;AP;;C
assignment < T > operator = ( const T & t) const a4Y43 n
{ j Kp79].
return assignment < T > (t); r~PVh?
} 4Vv$bbu+
} ; #*
Iyvx
W!)B%.Q
7rIEpN>*
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Q,nXc
sYd)r%%AU
static holder _1; c<5(c%a
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 cR!Mn$m
~)
vz`bD1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); %B04|Q
而不用手动写一个函数对象。 Us4#O&
~jMfm~
JO&+W^$uY}
6kdcFcV-]
四. 问题分析 EsjZ;D,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。 ?pkGejcQ
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~h[4hP
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 \04(V'`U
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 -02.n}u>
下面我们可以对这几个问题进行分析。 2\9OT>
$DhW=(YM_a
五. 问题1:一致性 !]=S A &
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?| BH2JH>'X
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 "1ov<
WU{9lL=
struct holder @8U8> 'zDE
{ jl,>0MA
// zC>zkFT>H
template < typename T > ]DLs'W;)
T & operator ()( const T & r) const UiH5iZ<r;
{ xv0y?#`z
return (T & )r; iKA qM{(
} D@`"99z
} ; -5<G^AS
UaM&/K9
这样的话assignment也必须相应改动: c[;=7-+
:?H1h8wbCt
template < typename Left, typename Right > $c7Utms
class assignment tW"s^r=95
{ ? io,8
Left l; ew*;mQd
Right r; ]`TX%Qni
public : RKwuvVI
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 6yhRcvJ}
template < typename T2 > |#x]/AXa0/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } HC(o;,spO
} ; jP"yG#
GW!%DT
同时,holder的operator=也需要改动: *KDwl<^A
\vp^[,SI
template < typename T > Cp^%;(@
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const og8"#%
{ bh UghHT
return assignment < holder, T > ( * this , t); N A9ss
} 7:X@lmBz=
m9Hdg^L
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 Y$N D
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 y\}<N6
,=y8[(h
return l(rhs) = r; JbW!V Y
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。 2jH&@g$cl;
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: U$T
(R2@
W0KSLxM
template < typename Tp > bT c'E#
class constant_t Fn*)!,)
{ 7"$9js 2
const Tp t; X1\ao[t<;c
public : %!p/r`
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} LKI2R_|n
template < typename T > IC@-`S#F
const Tp & operator ()( const T & r) const }ygxmb^@Z
{ (vr
v-4
return t; R*z:+p}oHy
} F)4;:".zna
} ; e*jfxQ=qG
L$s;tJ
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 (X}Q'm$n\h
下面就可以修改holder的operator=了 tCirdwmg
ICXz(?a
template < typename T > 3M<T}>
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const AcxC$uh
{ g)#.|d+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); O5 ?3nYHa
} EJZb3
:h60
同时也要修改assignment的operator() ck\gazo~q
XoqmT/P
template < typename T2 > yZDS>7H
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } osW"b"_f
现在代码看起来就很一致了。 #ysSfM6
pxi/ ]6pw
六. 问题2:链式操作 u&s>UkR
现在让我们来看看如何处理链式操作。 p:q?8+W-r
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。 5u3SP?.&
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。 Zn9ecN
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。 e[AwR?=
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct JK@"
&
(D5.NB%@
template < typename T > zP$Ef7bB
struct result_1 5EqC.g.
{ ^~:&/ 0
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; #O2e[ E-
} ; )@OKL0t
ubvXpK:.
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: &z"sT*3
N)H
_4L
template < typename T > ;YK{[$F
struct ref ;x=r.3OQy
{ AECaX4h+_
typedef T & reference; hd E? %A
} ; wmf#3"n
template < typename T > +S3r]D3v/
struct ref < T &> XdR^,;pWE
{ nB+ e2e&
typedef T & reference;
t/HUG#W{
} ; |Q _]+[
,{_;q:
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: D>~S-]
R:LThFx
template < typename T > MJ+]\(
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const JG=U@I]
{ z]Jpvw`p
return l(t) = r(t); T)QT_ST.9
} 7Vd"AVn}g
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。 AX= 4{b'
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 `?PpzDV7Y
/>i~No#Xm
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 ZTwCFn
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: pzPm(M1^X
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 lVmm`q6n9
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ys3&$G
最后的布局是: oNfNe^/T
Add Gpauy=4f
/ \ 5ma*&Q8+
Divide 5 Rf~? u)h1
/ \ gZ^NdDBO
_1 3 5l&9BS&
似乎一切都解决了?不。 re `B fN
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 #)r
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 :&/b}b!)AX
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: =[$zR>o*%
xfE:r:
template < typename Right > #z*-
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const *{y/ wgX
Right & rt) const ;3D[[*n9
{ Z3)l5JG)
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); o$=D`B
} X R =^zp?
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 'WA]DlO
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。 z}" Xt=G?
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。 {y[T3(tt
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。 UqP %S$9
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 ]y3'6!
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? ?G#T6$E8
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: 5Z`9L|3d
F`3J=AJOJ
template < class Action > #^>5,M2
class picker : public Action rdFeDZo&Z)
{ Rw54`_kFEB
public : DKjkO5R\
picker( const Action & act) : Action(act) {} >|Hd*pg))
// all the operator overloaded Dt9[uyP&
} ; ?W %9H\;
;n9r;$!f
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 PuuO2TZ
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: SLa\F
7,sslf2%K
template < typename Right > llf|d'5Nl
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const !;YmLJk;hN
{ M-Az2x;6
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); JVzU'd;1!
} *E Z'S+wR
Hw1<!Dyv
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Ax=k0%M[&
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 -! dL
<
!,#42TY*X
template < typename T > struct picker_maker Lh%>>
Ht{
{ 7>g^OE f
typedef picker < constant_t < T > > result; "Q:m0P
xb
} ; F 8\nAX
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 3w=OvafT:
{ A=7
[^I2
typedef picker < T > result; Ip/_uDi+!Z
} ; <c[+60p"
rUX1Iu7
下面总的结构就有了: 0L
"+,
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 ZiBTe,;
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 !$&3h-l[
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 'J&&