一. 什么是Lambda #Kx @:I
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #CW{y?=
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, SA%)xGRW
cxx8I
B$S@xD $
%:sP #BQM
class filler 0w vAtK|Q
{ ~&"'>C#
public : 0r?]b*IEK
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} (CAkzgTfc
} ; ~aXJ5sY"f&
mXyg\5
0WyOORuK
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: 'QTa<Z)E
7;Vmbt9
]u:Ij|.'y0
Yjl:i*u/
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ?30pNF|
2Zg%4/u,Zp
&!FI!T
-WH
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 L=WKqRa>4
BJ5^-|
zz8NBO
(UTA3Db
二. 战前分析 kjt(OFh'Y+
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。 st >%U9
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
~D`
H29vuGQjq
m6Qm }""
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); LC e6](Z
/* --------------------------------------------- */ ?=HoU3
vector < int *> vp( 10 ); g!z &lQnZ
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); +WguWLO"
/* --------------------------------------------- */ Z2-"NB
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); H|'n|\{lt
/* --------------------------------------------- */ `3z6y&dmx
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 0W~1v
/* --------------------------------------------- */ ):n'B` f}z
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); !LsIHDs4
/* --------------------------------------------- */ NL'(/|)
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); q2;CvoF
mApl;D X
t"5ZYa
"
BU4\QF-
看了之后,我们可以思考一些问题: c<{~j~+
1._1, _2是什么? } V"A;5j`
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。 >x
]{cb/m
2._1 = 1是在做什么? w BoP&l
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。 o?I`n*u"X
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。 Ga pM~~
rmdg~
MVEh<_
三. 动工 ucJ8l(?Qc
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: a|k*A&5u2
g'EPdE
)r(e\_n
/2 qxJvZ
template < typename T > =>O{hT^F
class assignment G\(*z4@Gz
{ o<5+v^mt#
T value; &M=15 uCK
public : a;&0u>
assignment( const T & v) : value(v) {} >;}(?+|f
template < typename T2 > yvnvI y
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } (aB:P03
} ; j|b$b,rF\
:j`XU
V=Z%y$1Bc
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ly@%1
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ]jR-<l8I-
C\0,D9
FR\r/+n:t0
BU|m{YZ$
class holder ~N)(|N
{ Qh]k)]+*|
public : xJOp~fKG
template < typename T > Q_*.1L
assignment < T > operator = ( const T & t) const q}(f9
{ Mv:\T%]
return assignment < T > (t); t{Ks}9B
} \t? ;p-+ta
} ; 6HH:K0j3'
?}C8_I|4~
KSUhB
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: %-|$7?~
Z'd]oNF
static holder _1; iZ(JwY
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 drp< f1`l8
r_o\72
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); d-I=xpB
而不用手动写一个函数对象。 >&T J
p#>,{
7uzc1}r
HLqDI lL
四. 问题分析 ixqvX4vv,B
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 A'*#UYn(
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 <4I`|D3@
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 UUvR>5@n
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 [9yy<Z5
下面我们可以对这几个问题进行分析。 (
;KTV*1
%)e&"mq!|
五. 问题1:一致性 @2+'s;mUV
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| &b]_#c
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 MQX9BJ%
c2PBYFCyC
struct holder EIOP+9zP
{ m;vm7]5
// Lv #}Gm
template < typename T > IYhn*
T & operator ()( const T & r) const ;Ji3|=4u
{ Jn20^YG
return (T & )r; !]&+g'aC3
} d 0:;IUG
} ; x.
/WP~I
Qn/6gRLj
这样的话assignment也必须相应改动: [MeFj!(
z
AY
-Y
template < typename Left, typename Right > jori,"s
class assignment +,eF(VS!
{ 9Wdx"g52_D
Left l; n9k-OGJ
Right r; |doG}C
public : 9]|C$;kw@
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 2hb>6Z;r]K
template < typename T2 > ZD4:'m`T/
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ,oJ$m$(Lj
} ;
nMBF/75
tjcsT>
同时,holder的operator=也需要改动: `_3Gb
I@(3~ Ab
template < typename T > @
b}-<~
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const &HqBlRo
{ +]e) :J
return assignment < holder, T > ( * this , t); TjjR% 3
} nlc$"(eA[H
QH k jxj
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 eo&G@zwN
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 m=60a@o]
C-^8;xd
return l(rhs) = r;
zw0u|q;#
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Am >b 7Z!
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]#W9l\
:,.HJ[Vg&
template < typename Tp > )eH?3""
class constant_t NOl/y@#
{ 1 ;Uc-<
const Tp t; {O4&HW%
public : 8k^1:gt^
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} jPs{Mr<
template < typename T > -v9x tNg
const Tp & operator ()( const T & r) const k8,s<m
{ P9M%B2DQ6f
return t; 9 6%N
} O:#/To'
} ; !z]{zM%
'wo}1^V
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 /mK]O7O7
下面就可以修改holder的operator=了 Q'aVdJN,
{#z[iiB
template < typename T > l7(p~+o?h>
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const rE?B9BF3O
{ it->)?"(6
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); J>fq5
} a#&\65D
(w
Q,($@
同时也要修改assignment的operator() Sre:l'.
b\H,+|iK
template < typename T2 > xj JoWB
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } nE4rB\
现在代码看起来就很一致了。 yjM!M|
WP PDvB
六. 问题2:链式操作 0"iQHi
现在让我们来看看如何处理链式操作。 9!6u Yf+
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。 <4N E)!#
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。 qKs"L^b
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。 Iv?1XI=
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct LWV^'B_X-
+B4 i,]lCx
template < typename T > `8;\}6:"1
struct result_1 O)`ye5>v
{ P,k=u$
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; T )bMHk
} ; $Y%,?>AL<
6`5DR~
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: \3O1o#=(
yg"FF:^T
template < typename T > i$H9~tPs
struct ref && WEBQ
{ T|uG1
typedef T & reference; .<6'*XR
} ; !)FKF7'
template < typename T > svMu85z
struct ref < T &> &Vg)/t;
{ |43Oc:Ah+
typedef T & reference; nsu RG
} ; 'w_Qs~6~{
i L'j9_w,
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: D~ 7W
^-(DokdBn
template < typename T > i_p-|I:hQ
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const \Z-Fu=8J8^
{ c=p!2jJ1K~
return l(t) = r(t); I~,b ZA
} xU
|8.,@
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。 SxL/]jWR7
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 -6#
_ t
|q
Pu*vR
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 lDZ~
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: a&B@F]+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 2Vxx
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ~F>'+9?Sn
最后的布局是: ~\ v"xV
Add )oZ2,]us!
/ \ W4)bEWO+q
Divide 5 1+qP7 3a^
/ \ 6ck%M#v
_1 3 c9+yU~(
似乎一切都解决了?不。 J@qLBe(v
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。 rGay~\
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。 mBQpf/PG
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: =:\5*
-cP1,>Ahv
template < typename Right > 'Qg.D88
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const T[2<_ nn=
Right & rt) const Q|G|5X
{ \!IEZ
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [<nd+3E
} BqtN=
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 x\YVB',h
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。 SME]C ')7
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。 sY?sQ'E2]
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。 tMyMA}`
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。 7t+H94KG7
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? QRwO v
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: u/FC\xJc
yGH')TsjD
template < class Action > ruy?#rk
class picker : public Action iDYm4sY
{ <}F(G-kV6
public : 15MKV=?oY
picker( const Action & act) : Action(act) {} ,C|aiSh0-
// all the operator overloaded +^*b]"[
} ; XnRm9%
}6*JX\'q
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。 #z}0]GJKj
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: u@Bgyt7Y
}&%&0$%
template < typename Right > r>G||/Z
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const C#RueDa.
{ (U:6vk3Q
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); }xY|z"&
} o%K1!'
D2zqDo<+;
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > EW/N H&{
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 etk|%%J
ac8su0
template < typename T > struct picker_maker lE3&8~2
{ 2
S2;LB
typedef picker < constant_t < T > > result; }{v0}-~@
} ; J$-1odL0Z
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > B0^:nYko
{ eGo$F2C6E
typedef picker < T > result; fqn;,!D?9
} ; 8an_s%,AW
B&}lYo
下面总的结构就有了: 8'u,}b)
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 fm Fs
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 mOb@w/f
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 /}s#
至此链式操作完美实现。 Q|f)Awe$
!@>:k3DC&
sO)!}#,
七. 问题3 OO;I^`Yn
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。 ,|w,
4n%|h-!8
template < typename T1, typename T2 > cN)noGkp
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const axv-UdE;
{ ##U/Wa3
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); z@2nre
} p(A[ah_
Y }8HJTMB
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: +sXnC\
RI]x=
template < typename T1, typename T2 > o|V=3y
Ok
struct result_2 Qe=eer~jI
{ ?q"9ZYX<
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; u)l[*";S
} ; 1["IT.,f.
p0HcuB)Y
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? xic&m5j
m
这个差事就留给了holder自己。 $oZV 54
NaeG)u#+
M5+K[Ir/y9
template < int Order > ;zi4W1
class holder; ~uJO6C6A
template <> F/D/1w^ iR
class holder < 1 > |LE*R@|3$
{ ))uki*UNK
public : ~<=wTns!
template < typename T > d C6t+
struct result_1 nAyyjd3!S
{ )(`,!s,8)
typedef T & result; 2}.EFQp+
} ; xQ8?"K;iX
template < typename T1, typename T2 > R?l={N=Wf
struct result_2 :UDe\zcd"
{ 7XiR)jYo*
typedef T1 & result; ffh3okyW0
} ; g=kuM
template < typename T > zA&]#mc
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const 4+au6ABy
{ t%30B^Ii%K
return (T & )r; ~`VD}{[,B
} OyTp^W`&
template < typename T1, typename T2 > UC?i>HsJrX
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const 4:qM'z
{ |FZIUS{]
return (T1 & )r1; hkR Jqta)
} 2(NN QU@Uz
} ; RhumNP<M
i^6g1"h
template <> +FtL_7[v
class holder < 2 > #Pq.^ ^
{ "?Xb$V7
public :
ScTeh
template < typename T > x-ZCaa}O
struct result_1 h%(0|
{ %z AN@
typedef T & result; YDo,9
} ; Z)H9D(Za
template < typename T1, typename T2 > )x&OdFX
struct result_2 .g95E<bd
{ bY7~b/
typedef T2 & result; naWW i]9
} ; '5m`[S-IU
template < typename T > %^66(n)
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const _.$g ?E/(
{ eXZH#K7S#
return (T & )r; <ooRpn
} ]h0 K*{
template < typename T1, typename T2 > $4*k=+wS
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const qECta'b&
{ ]NgEN
return (T2 & )r2; F
B7.b
} 0'.7dzz
} ; /J0ctJ2k
qT+:oMrTSm
!^<%RT9@|
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 d 1bx5U
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: G%RhNwm
首先 assignment::operator(int, int)被调用: 4w-P%-4
YXWlg%s
return l(i, j) = r(i, j); p6e9mSs
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) X[up$<