一. 什么是Lambda Z3S\@_/;
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 <1hwXo
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, ntjUnd&v\
6R?J.&|
zis-}K<
!D z:6r
class filler ;aD_^XY
{ 0m?ul%=
public : & ??)gMM[
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} t[#`%$%'
} ; PZ"xW0"-
%.Mtn%:I*
0ai4%=d-
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: {(t (}-:Z
f(9w FT
h>\}-|Ek
!FO92 P16
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 0wOgQ n
dso\+s
zO!`sPP
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 A]R"C:o
BL]^+KnP
S?D2`b
^%\p; yhL
二. 战前分析 (s}9N
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。 *A_
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 #ReW#?P%b/
=r
GkM.^
~r!j VK>^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); $-o 39A#
/* --------------------------------------------- */ G"J6X e
vector < int *> vp( 10 );
I2zSoQ1P
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Jq.26I=
/* --------------------------------------------- */ #{N#yReh
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); \Z)'':},C
/* --------------------------------------------- */ u |#ruFR
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); :s8,i$Ex
/* --------------------------------------------- */ C8(sH @
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); V @8X.R>
/* --------------------------------------------- */ lMP|$C
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); <KJ18/
iPHMyxT+S
J_`.w
EQ7cK63
看了之后,我们可以思考一些问题: OxqP:kM
1._1, _2是什么? W}(dhgf
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 `UeF3~)>E
2._1 = 1是在做什么? O" T1=4
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 6C)OO"Bc
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 +LrW#K;
h#;yA"j1&
}P^n /
三. 动工 ukri7 n*
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: @89mj{
/ZD/!YD&R
ay4|N!ExO
5nEvnnx0
template < typename T > QAX+oy
class assignment 1)k))w 9
{ uE/qraA
T value; g|2D(J
public : #&DJ3(T
assignment( const T & v) : value(v) {} 6W3}6p
template < typename T2 > .%D] z{''
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } FSH6C2
} ; !M}&dW2
f!1KGP
u,&Z5S
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 W+Iln`L
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment `.><$F
k ^+h>B-;
.]8 Jeb
Ih"f98lV
class holder ^gv)[
{ c L84}1QD
public : KxiZx I
template < typename T > M"~B_t,Nw
assignment < T > operator = ( const T & t) const &0Nd9%>
{ /@on=~
return assignment < T > (t); >R.~'A/$F
} ;/ p)vR
} ; b}[{'
3`-[95w
|n]^gTJt
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: oq;}q
6s>PZh
static holder _1; Qza[~6
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 8B\,*JGY2
_*&<hAZj
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); qB"y'UW8
而不用手动写一个函数对象。 i"_JF-IbN
] _#[oS
GVFD_;j'
~|?2<g$gYR
四. 问题分析 UlQ }
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。 !74*APPHR
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。 8vnU!r
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 o'R_kadN[T
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 K@W~
下面我们可以对这几个问题进行分析。 IgSe%B
.8g&V|
五. 问题1:一致性 mVk:[
}l6
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?| JCE364$$"
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 nj)M$'
k98--kc5
struct holder +]UPY5:F
{ gNe{P~ $=
// !L> 'g
template < typename T > v82@']IN
T & operator ()( const T & r) const |n Mbf
{ j^:\a\-1
return (T & )r; 3",6 E(
} aiU n
bP
} ; `\#Qr|GC
[NC^v.[1[
这样的话assignment也必须相应改动: \5X34'7
{9Y@?
template < typename Left, typename Right > [gD02a:u
class assignment vO
<;Gnh~
{ %_}#IS1
Left l; e@@kTny(
Right r; "<bL-k*H)
public : gTiDV{Ip
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} Ho*S>Y
template < typename T2 > 0]NjsOU=
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } EYMwg_
} ; &>sG xK
Jtc?p{
同时,holder的operator=也需要改动: sp'q=^t
'(I"54W
template < typename T > B>-Iv_
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const !/Hln;{
{ Vs m06Rj{
return assignment < holder, T > ( * this , t); bm(0raugs
} 3Qn! `
babDLaC@
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 ?T?%x(]I
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 0^tF_."Y
k|a{|2p
return l(rhs) = r; )p ,-TtV
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 hoeOdWIpf
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: : 8(~{<R
b-%7@j
template < typename Tp > U{{RRK|
class constant_t 9O P
d'f
{ [ *R8XXuL
const Tp t; tz._*n83
public : %k1*&2"1#
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} C$M^<z
template < typename T > '$l*FWOEal
const Tp & operator ()( const T & r) const (w@|:0t^y[
{ W:hR81ci
return t; E$*I.i_m
} Q8T4_p[-o
} ; \-`L}$
a]$KI$)e
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 d.2
下面就可以修改holder的operator=了 o y}(
Wf>UI)^n
template < typename T > x&8fmUS:@;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 2.?:[1g!
{ Zna
}h{
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); TkmN.@w_C
} Za4 YD
tWL9>7]G
同时也要修改assignment的operator() vAU^<$D27
>TwOL
template < typename T2 > eGtIVY/D
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 6'|J
;
现在代码看起来就很一致了。 [,xFk* #
B<LQ;n+
六. 问题2:链式操作 kMN z5P
现在让我们来看看如何处理链式操作。 %|r@q
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 *s;$`8fM<
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。 024*IoVZ
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。 c$@,*c
0n
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 80l(,0`,
1b* dC;<
template < typename T > +xFtGF)
struct result_1 I\`:(V
{ B3)#Ou2
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; GsE?<3
} ; DpI_`TF#$Z
?jz{fU
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: |oPqX %?
7q$9\RR5
template < typename T > sW|u}8`
struct ref ;MNEe%
TJ
{ 2|w(d
typedef T & reference; `[57U,v
} ; iTqv=
template < typename T > V>4 !fD=
struct ref < T &> Qh?q0VKU^
{ s13Iu#
typedef T & reference; ur9 -F^$
} ; 75I*&Wl
{%b>/r
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: umI#P,%[
u\smQhQGE
template < typename T > [sACPn$f
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const {l\v J#r:
{ o NJ/AT
return l(t) = r(t); {RwwSqJ
} &hjrJ/'^
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 ~sMn/T*fv
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ft:/-$&H
WNlWigwYl
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 LPewo AXO
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: C@hnT<e
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 6Q>:g"_
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 '00DUUa
最后的布局是: Lu1>A {et
Add LTBqXh
/ \ 3_vggK%
Divide 5 Hagj^8
/ \ ?8YHz
_1 3 zSDiJ$Xk
似乎一切都解决了?不。 >d#B149
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 9FH=Jp
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 93[`1_q7\
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: LOR$d^l
^Q2K0'm5
template < typename Right > kf&id/|
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ;)cSdA9
Right & rt) const ~A>3k2N/e
{ {lx^57v
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 4'G<qJoc
} $].< /
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Gd:fWz(
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 ;y4
"wBX
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 oA_AnD?G+
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 eEezd[p
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 k<8:
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? w}oH]jVKL6
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: l&;#`\s!V
p.8G]pS
template < class Action > qhL e[[>
class picker : public Action 4)Z78H%>
{ %w'@:~0
public : S WYiI
picker( const Action & act) : Action(act) {} nVs0$?}
// all the operator overloaded "4n_MV>p
} ; kw}J~f2
8%vk"h:u:
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。 JF24~Q4P
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: J|,| *t
CQ#p2
template < typename Right > 7}TjOWC
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const EQu M|4$ix
{ Z78&Ib