一. 什么是Lambda !E7J Dk''@
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 FD'yT8]"
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, iq^F?$gFk
}TQa<;Q
0\zY?UUww
)DB\du
class filler e dTFk$0
{ a\-AGG{2/X
public : 7f] qCZ<0V
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} +[vIocu
} ; ,>!%KYD/f
JAx0(MZO
x52#md-Z
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: fHK.q({Qc
&R5zt]4d&
rMWJ
.Ht;xq
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ,I6li7V
^XX_ qC'1
:%_\!FvS
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 w**~k]In
3D;?X@
mqtX7rej
]f{3_M[
二. 战前分析 -w"$[XP
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。 4mjlat(d
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 v}LI-~M>U
:
&bJMzB
sZx`u+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); k?Kt*T
/* --------------------------------------------- */ )x+P9|
vector < int *> vp( 10 ); j*\oK@
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 3{)!T;W d
/* --------------------------------------------- */ fUMjLA|*I<
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); GQ(*k)'a
/* --------------------------------------------- */ \sz*M
B
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); C(8VXtx_
/* --------------------------------------------- */ O^J=19Ri
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); d.|*sZ&3p
/* --------------------------------------------- */ dbJ3E)rF
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Q.?(h! )9
"1$X5?%
0qINa:Ori
EXMW,
看了之后,我们可以思考一些问题: !9.k%B:
1._1, _2是什么? QJ&]4*>a
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。
STl8h}C
2._1 = 1是在做什么? -Ew>3Q
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。 E.%V0}
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。 b(oe^jeGz
N5c*#lHI
jG~-V<&
三. 动工 :i4AkBNK
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 0K'{w]Q
5vFM0
$l2`@ia"
9a[1s|>w-
template < typename T > 0W0GSDx
class assignment 3!
#|hI>f
{ ;A4qE W
T value; |a#=o}R_
public : "cyRzQ6EH
assignment( const T & v) : value(v) {} iX o(
template < typename T2 > -AD@wn!wCJ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } uwQgu!|x
} ; qfG:vTm
Nw9@E R
E[WU
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 #.rkvoB0N
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment kebk f,`p
W[I$([
i=L 86Ks
x <a}*8"
class holder I{Ip
{ F?$Vx)HI
public : vf zC2
template < typename T > =;+gge!?bB
assignment < T > operator = ( const T & t) const O|S,="h"}
{ L(bDk'zi
return assignment < T > (t); v4Wq0>o
} _CPj]m{
} ; cRH(@b
Xr
d5NE:%K
sj4\lpZ3h
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: L pq)TE#
43E)ltR=]
static holder _1; 9Nps<+K
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 1.M<u)1GU
m62Zta
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); w[F})u]E
而不用手动写一个函数对象。 v-N4&9)%9
O}%ES AB
s>:gL,%c
JNY ?]|=
四. 问题分析 tmOy"mq67
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 *xJ ]e.
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 `v@Z|rv,
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 X&HYWH'@,
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 CuK>1_Dq
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Fm=jgt3wv8
ia3Q1 9r
五. 问题1:一致性 :1Nc6G
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| etT9}RbQ
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 \?oT.z5VG&
k;jl3GV
struct holder yKuZJXGVo
{ '$Z@oCY#
// [ )
0JI6
template < typename T > |||m5(`S
T & operator ()( const T & r) const i3mw.`7
{ _YG@P1
return (T & )r; )Nqx=ms[(!
} |{(JUXo6K
} ; |$6Ten[B#
Zo-,TKgY'
这样的话assignment也必须相应改动: @sG*u >
t{yj`Vg
template < typename Left, typename Right > +pq)
7
class assignment FAL#p$y}
{ h<)ceD<,
Left l; qE3Ud:j
Right r; ]zVQL_%,
public : C[<{>fl)
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 'zav%}b]L
template < typename T2 > +'SL5d*
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } p2Gd6v.t
} ; 1) K<x
]Tb?z&
同时,holder的operator=也需要改动: xI<B)6D;f
,t QNL\t
template < typename T > :-#7j}
R&
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const <{8x-zbR+
{ MM]0}65KG
return assignment < holder, T > ( * this , t); M"W#_wY;
} BKO^ux%
)b (+=
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。 \BH?GMoP
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 W!T[
^+
ob8}v*s
return l(rhs) = r; r>! @Z2%s
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。 9(qoME}>=
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ftcLP
q+4dHS)x
template < typename Tp > 5x|$q kI
class constant_t p#Po?
{ Q=d:Yz":S
const Tp t; eaNfCXHDN
public : )X," NJG
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} -W.-m2:1
template < typename T > 3 ^x&G?)
const Tp & operator ()( const T & r) const I$S*elveG
{ jl}!UG
return t; "=+i~N#Sc
} K|\0jd)N
} ; ?$ov9U_
Dq%}({+
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 @`+\vmfD
下面就可以修改holder的operator=了 [kpQ:'P3
$L( ,lB
template < typename T > _VjaTw8iM
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const
#tpz74O
{ @YRy)+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ?/1LueC:
} 5 (!F Q
6T+y m9
同时也要修改assignment的operator() 7[0Mr,^
^`M%g2x
template < typename T2 > 6HJsIeQ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ;nL7Hizo,
现在代码看起来就很一致了。 a#+$.e5
j@#RfVx
六. 问题2:链式操作 1u5^a^O(|
现在让我们来看看如何处理链式操作。 y${`W94
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 (w2lVL&
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 %scIZCrI~
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 h?;03>6A&]
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct A@?-"=h}
(e~9T MY
template < typename T > |OAiHSW"V
struct result_1 ~|, "w90
{ =O"l/\c^
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; Drf Au
} ; #@w/S:KbJt
pYm#iz
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: 7O%^4D
ooB9iNo^
template < typename T > %-$
:/N
struct ref 5M9o(Z\AF
{ 9@lG{9id?
typedef T & reference; nj00g>:>
} ; b?cO+PY01
template < typename T > M6quPj
struct ref < T &> I(kEvfxc"
{ 8-H:5E 4Y
typedef T & reference; oxeIh9
E
} ; gBWr)R
c;]^aaQ+>
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: W5Jy"]^I
3TeRZ=2:*x
template < typename T > R>~I8k9mM
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const
/*e<r6
{ 6{udNv X
return l(t) = r(t); 5+Tx01)
} vg3iT}
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。 hT_Q_1,
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 pRxVsOb
u+z
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 T*Ge67
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: [~cz|C#
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 =d<~:!)
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 3LJ\y
最后的布局是: x $[_ Hix
Add C|g1:#0
/ \ @].!}tz
Divide 5 x[)]u8^A
/ \ P.k>6T<U>
_1 3 4bdCbI
似乎一切都解决了?不。 ps8tr:T^=
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。 65U\;Ew
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。 ^.g-}r8,
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: #u+qV!4
nFI<Te^)
template < typename Right > b KIL@AI
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const (M
u;U!M"P
Right & rt) const &;r'JIp
{ r~7}w4U
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); snu?+*6
} 5 A5t
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 /zQx}U)TP
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。 J{kS4v*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。 20haA0s
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。 `D=d!!1eUi
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。 =TzJgx
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? O8v9tGZoh
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: .!lLj1?p
V!yBH<X
template < class Action > <-G3Qgm
class picker : public Action Z!fbc#L6
{ 'Ox "YE
public : ZFH-srs{
picker( const Action & act) : Action(act) {} ]mNsG0r6
// all the operator overloaded Oi$1ma xT
} ; }.WO=IZ
Uugq.'>
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 o
/1+
}f
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: TXV^f*
nUX3a'R
template < typename Right > |yp^T
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const )Spa
F)N8
{ D^p)`*
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); "cjD-42
} " ;T
a8
GNB'.tJ:0Y
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > B Nb_i H
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 ;.=0""-IF
2~ETu&R:
template < typename T > struct picker_maker 7PUy`H,&
{ @8aV*zjB
typedef picker < constant_t < T > > result; 7i02M~*uS
} ; 08k
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ` l'QAIo
{ *A}td8(
typedef picker < T > result; U,fPG/9
} ; vflC{,{=k>
:M`~9MCRf
下面总的结构就有了: *}Z
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 w~pe?j_F$
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。 &t_TLV 8T
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 e} 7!A
至此链式操作完美实现。 dNqj | Vu
:ec>[N~KG
<pKOFN%m
七. 问题3 -'WR9M?fq
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。 >XRf=
:3
e.XD5~Ax
template < typename T1, typename T2 > H.]<fvP
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const \LQZoD?W
{ +u5xK
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ER[$TH&
} {,T=Siy
7
TM-uA$
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: k$#1T +(G
[ z/G
template < typename T1, typename T2 > #u\~AO?h
struct result_2 z-"P raP
{ v"%>ms"n
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; I1dOMu9
} ; Q[H4l({E
g1 y@z8Z{
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? O ]-8 %
这个差事就留给了holder自己。 K *1]P ar;
4"iI3y~Gw
*r9D+}Y(4
template < int Order > At[SkG}b
class holder; 9o P
template <> "qZTgCOY2
class holder < 1 > FLkZZ\
{ I.~=\%Z{
public : ,qV 7$u
template < typename T > b`DPlQHj
struct result_1 )u]=^
{ ZdPqU\G^q
typedef T & result; _ogN
} ; + ~,q"6
template < typename T1, typename T2 > \FCPD.2s+
struct result_2 o~4kJW#
{ JP
;SO
typedef T1 & result; b{x/V 9&|
} ; /Zx"BSu
template < typename T > SymlirL
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const *] >R
{ 8)Vl2z
return (T & )r; qAlX#]
} 3Y +;8ld
template < typename T1, typename T2 > JL u$UR4
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const !Bg^-F:N
{ ":=h1AJY
return (T1 & )r1; od,,2pwK+
} ! z5c+JqN
} ; J5Q.v;
)S#?'gt*
template <> UxMei
class holder < 2 > *Csxf[O
{ WigTNg4
public : 2sEG#/Y=
template < typename T > t)O]0)
s
struct result_1 'b >3:&
{ h{jm
typedef T & result; W>b\O">
} ; v=&xiw