一. 什么是Lambda Z,Z4Sp
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 j'QPJ(`~1l
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, ^S%xaA9
Ua2wa A
ZCC T
#q
mv(VB4
class filler A6Vb'Gqv{
{ S8Ec.]T
public : 9(AY7]6
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} `Hp=1a
} ; gmW-#.
m*f"Y"B.1I
=euMOs
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: .X](B~\!
6a!b20IZh
V<&^zIJUR
\MU-D,@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); qe<xH#6
>.o<}!FW
W Yo>Md
8
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 RE%25t|
;ZtN9l
fG_<HJS(~
4Wk`P]?^
二. 战前分析 #9e 2+5s
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。 /:. p{y
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 r"&uW!~0
b'1m
9T780
#6F|}E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 8c3/n
/* --------------------------------------------- */ h2P&<gg qX
vector < int *> vp( 10 ); o5;|14O
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Is[n7Q
/* --------------------------------------------- */ {TVQ]G%'b
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Memb`3
/* --------------------------------------------- */ &WJ;s*
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); "~:P-]`G
/* --------------------------------------------- */ wvcj*{7[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); >Hwf/Gf[
/* --------------------------------------------- */ Z/e^G f#i
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); nJ2910"<
cES8%UC^i
-2qI2Z
B".3NQ
看了之后,我们可以思考一些问题: oH"VrS 6
1._1, _2是什么? E0*62OI~O
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。 cof+iI~9O%
2._1 = 1是在做什么? Ie7S'.Lmq
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。 q${+I(b,
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。 !IC@^kkh{
7TB&Q*Zf
sUk&NM%>
三. 动工 =J0r,dR
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 2=
)V"lR\
?Ll1B3f
95.s,'0
eHc.#OA&
template < typename T > t; b1<TLn0
class assignment 5;CqGzgoP
{ Z\S'HNU
T value; #Fckev4
public : B,4
3b O
assignment( const T & v) : value(v) {} jP31K{G?
template < typename T2 > MZ:Ty,pw:O
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ,8)aKy
} ; lFV\Go
7?]wAH89
1B`JvNtd
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 S;}/ql y
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment @@5JuI-!
{`+:!X
nn8uFISb
gg&Dej2{
class holder IN=l|Q$8f
{ IXU~&5&J
public : Mi<}q@]e
template < typename T > V;(Rg=5
assignment < T > operator = ( const T & t) const |]'gd)%S\
{ o@qI!?p&
return assignment < T > (t); >a)6GZ@
} F>U*Wy
} ; 0IxHB|^$
l'RuzBQr
SD .c9
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_}81|=
\79aG3MyK
static holder _1; &`}ACTY'P
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 7!A3PDAe
Q5c13g2(c
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); .#_g.0<
而不用手动写一个函数对象。 uz@lz +
oR}'I
vFK!LeF%
s@K #M
四. 问题分析 RJE<1!{
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。 :9W)CwZ)V
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。 W:1GY#Pe
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 kj@m5`G
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 :o_6
下面我们可以对这几个问题进行分析。 zvKypx
z<u@::
五. 问题1:一致性 v;:. k,E0
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?| V/t-
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 *?!A
_))--+cL
struct holder Z`yW2ON$'
{ *W<|5<<u@
// Za'}26
template < typename T > eXQzCm
T & operator ()( const T & r) const T;pe7"
{ bX`VIFc
return (T & )r; E|ZLz~
} %5/h;4
} ; j12khp?
Wa'm]J
这样的话assignment也必须相应改动:
'cf8VD
'+iqbcUd,
template < typename Left, typename Right > .!Os'Y9[,
class assignment G;;iGN
{ 4fau
9bW
Left l; |r/4
({n
Right r; j6&7tK,
public : cp5
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Am)XbN')1
template < typename T2 > bEl)/z*gy/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } q6zKyOE
} ; CDGN}Q2 _
u
=|A
同时,holder的operator=也需要改动: "kkZK=}Nv
qW t 9Tr
template < typename T > 0
hS(9y40
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const Jc, {n*
{ 8\rHSsP
return assignment < holder, T > ( * this , t); pu5-=QN
} LYp=o8JW|
"hXB_73)V
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 'fIirGOl
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 WHvxBd
oWdvpvO
return l(rhs) = r; 1}jwv_0lL
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 J2Eb"y>/;
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]z5gC`E0
Hv<jf38
template < typename Tp > 5Y(f7,JX
class constant_t ^r0mx{i&
{ 9 e0Oj3!B
const Tp t; 5mF"nY&lI
public : IQQWp@w#8
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} "P{T]
template < typename T > ^n8r mh_%
const Tp & operator ()( const T & r) const NRZ>03w
{ J(%kcueb
return t; VU
8~hF
} %)G]rta#
} ; P]||Xbbp
X00!@
^g
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Zv)x-48
下面就可以修改holder的operator=了 8Qi@z Jq,
x@480r
template < typename T > Dl95Vo=1
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const \D,c*I|p7
{ d`&F
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); #F!'B|n
} tO]`
I-
Irnfr\l.
同时也要修改assignment的operator() k-a3oLCR,
,1&</R_
template < typename T2 > d}RR!i`<N
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } _ya_Jf*
现在代码看起来就很一致了。 'hl4cHk14
J,j!
六. 问题2:链式操作 1VC:o]$
现在让我们来看看如何处理链式操作。 G!3d!$t
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 #jNN?,ZK
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 iLD:}yK
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 &ZUV=q%g9n
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct &
!I$
o$-!E(p
template < typename T > XB'PEvh8
struct result_1 sZ9VXnz24
{ )I`Ma6bX
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Zqnwf
} ; x-HN]quhe
=g+Rk+ jn
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: "iY=1F"\R
MUfhk)"
template < typename T > @>sZ'M2mq
struct ref /htM/pR
{ wA;Cj
typedef T & reference; (5(TbyWwD
} ; 9akIu.H
template < typename T > wc#E:GJcK
struct ref < T &> X,"(G}KUA
{ mIX[HDy:V$
typedef T & reference; 8Mf{6&F=
} ; HRxA0y=
YB1uudW9
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: R:t>PFwo
J"Z=`I)KON
template < typename T > p 3*y8g-
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const
@fSBW+
{ =1'vXPv`
return l(t) = r(t); ]1(G:h\
} -*T<^G;rK
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。 d`+@
_)ea
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 O^,%V{]6\
M$0-!$RY
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 _#]/d3*Z}
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: %}=:gF
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 _pS|bqF
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 <4|/AF*>
最后的布局是: oX
#WT
Add w( ^
/ \ wfXm(RYM
Divide 5
nW*D
/ \ 3/i_?G
_1 3 nF!6
似乎一切都解决了?不。 bYKe5y=
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。
~!& "b1
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。 .!pr0/9B
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: %!X|X,b^O
U'(@?]2<G
template < typename Right > QwSYjR:K
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const shAoib?Kw:
Right & rt) const P@wu k1
{ 2/W5E-tn
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); FbWcq_
} g VPtd[r
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 \6)]!$F6:
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 b&j}f
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 aF41?.s
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 ,p\:Z3{ZH
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 Adma~]T9
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? L"
GQQ
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: e: aa
d~F4
template < class Action > 34gC[G=
class picker : public Action 4Lb!Au|Y
{ /Q nq,`z
public : GWvw<`4
picker( const Action & act) : Action(act) {} 0mMoDJRy
// all the operator overloaded %qYiE!%&
} ; t3//
U#
Glw_<ag[
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 qTuQ]*[-
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: miTySY6^
~>"m`Q&[
template < typename Right > zvgy$]y'\
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const ~]_U!r[FA
{ Ump$N#
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ?;0w 1
} 7a_tT;f;
D,l&^diz
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > QK`5KB(k'
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 nR(v~_y[V
5Y(<T~
template < typename T > struct picker_maker Bgvv6(i
{ 5mYX#//:
typedef picker < constant_t < T > > result; iX|K4.Pz{
} ; e>] gCa
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > =+z +`ot
{ NtfzAz/
typedef picker < T > result; S<Os\/*
} ; w$##GM=Tq
A 6IrA/b
下面总的结构就有了: a7@':Rb n
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。 LN0pC}F
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。 [^S(SPL
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 :2zga=)g
至此链式操作完美实现。 BH"OphE
NZoNsNu*C.
X;&Iu{&=
七. 问题3 <c77GimD?
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。 QB.QG!@
SYE+A`a
template < typename T1, typename T2 > 2t[P-on
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const dtT:,&
{ @y!oKF
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); -Is;cbfLj/
} j"F?^0aR,Q
R0g^0K.
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: #=g1V?D
1p5n}|
template < typename T1, typename T2 > |ns
B'Q
struct result_2 ,`
64t'g
{ tP][o494\&
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; B%^W$7
q
} ; .mbqsb]&Y
@u @~gEt
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? qipV'T,S
这个差事就留给了holder自己。 2rV]n
{ )-8P
!sG#3sUe[
template < int Order > g2;lEW
class holder; ;p+[R+ )
template <> #PkZi(k
hv
class holder < 1 > &"r /&7:
{ >I@VHl O
public : ?Xl;>}zj
template < typename T > AxtmG\o>
struct result_1 D){my_
/
{ "qrde4O
typedef T & result; )GYnQoV4
} ; @ tvz9N
template < typename T1, typename T2 > "vka7r
struct result_2 XkPE%m_5D
{ D"V(A \sZ
typedef T1 & result; 7tbY>U8
} ; Yu$QL@
template < typename T > `y|_hb
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const >t_h/:JZ)
{ " 2~L
return (T & )r; \i'Z(1
} R*=88ds
template < typename T1, typename T2 > k-Yli21-/|
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 'eo/"~/*w
{ ;,}Dh/&E
return (T1 & )r1;
CkV5PU
} Qhq' %LR
} ; fDwK5?
@-ml=S7;Sz
template <> KdBpfPny@
class holder < 2 > >qz#&