一. 什么是Lambda 4rx|6NV6
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 3_-#
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, xq{4i|d)
'=2t(@aC
U".-C`4v
iO@wqbg$6
class filler @Q^;qMy
{ W)_B(;$]
public : _PaOw%Y9
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} `=*svrmS
} ; )ad-s
M(BZ<,9V
jQDxbkIuzE
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: 9f@)EKBK
[q@%)F
Q4x71*vy
cBA[D~s
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ieI-_]|[
Hke\W'&
IlrmXSr
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 EAfSbK3z
t0q@]
0B5
oMPQkj;
71%u|k8|
二. 战前分析 Ef!F;D e)A
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。 `#ztp)&
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 #&Ee5xM=
tFwlx3
OrBFe *2y
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); D8ly8]H
/* --------------------------------------------- */ 5"Yw$DB9
vector < int *> vp( 10 ); 7Tbk ti;
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); I?"5i8E
/* --------------------------------------------- */ .>YJ95&\
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Ie~~L U
/* --------------------------------------------- */ 9 2EMDKJ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); kD>vQ?
/* --------------------------------------------- */ &<V~s/n=6?
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); mm 8O
/* --------------------------------------------- */ 2Kidbf
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); k-U/x"Pl
=Vs<DO{|4q
0 Yp;?p^
tTgW^&B
看了之后,我们可以思考一些问题: J[l K
1._1, _2是什么? N;Hv B:c
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 *"ShE=\p
2._1 = 1是在做什么? 0u_'(Z-^2
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 gUp0RPs
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 To`?<]8
'UxA8i(
0"`skYJ@
三. 动工 Oq5k4
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 5 %Gf?LyO
v,0D GR~
~'3% Qr
YLGLr@:q
template < typename T > u W T[6R
class assignment bRp[N
{ TE~@Bl;{?c
T value; H JiP:{
public : ]@YQi<d2^
assignment( const T & v) : value(v) {} [w f12P
template < typename T2 > [78
.%b'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } %*OJRL`
} ; ,)1e+EnV&
e=jO_[
5MJ'/Fy(
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 bSLj-vp
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment AHGcWS\,X
N3p3"4_]fy
_=5ZB_I
YqgW8EM
class holder Ysu/7o4
{ 7krA+/Qr(
public : Fev3CV$
template < typename T > 7w, FA
assignment < T > operator = ( const T & t) const L ]c9
{ x3|'jmg
return assignment < T > (t); DlI5} Jh
} mI#; pO2
} ; }c%y0)fL
?C35
T*yveo&j
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: sA}R!
<h9\ A&
static holder _1; !$Z"\v'b
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 Z >=Y
-::%9D}P|
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); <>s\tJ
而不用手动写一个函数对象。 Q%^bA,$&D
.Er/t"Qs;
"M^W:4_
u7WM6X
四. 问题分析 u,:`5*al{
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。
}8 _9V|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。 J_|x^
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 (B<AK4G
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 KTt$Pt/.
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Xkom@F~]
(14kR
五. 问题1:一致性 B}+9U
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?| uFZB8+
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 nD\os[ 3
[dlH
t;S
struct holder .N&}<T[
{ mcr#Ze
// bK9~C" k
template < typename T > ;bX
~4O&v+
T & operator ()( const T & r) const TZNgtR{q
{ 4uAafQ`@H
return (T & )r; )Cvzj<Q0
} kTWg31]~
} ; Eu.qA9,@U
=@=R)C4f*
这样的话assignment也必须相应改动: es+_]:7B9
ID# qKFFW
template < typename Left, typename Right > Ks2%F&\cE
class assignment o~_>p/7;
{ h^kNM8
Left l; #UCQiQfP
Right r; IC.<)I
public : 8:?Q(M7
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ."Ix#\|x
template < typename T2 > xWz;5=7a]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; }
%%cSvPcz
} ; U4l*;od
Tv,.
同时,holder的operator=也需要改动: ivz?-X4]
vLFaZ^(
template < typename T > &9w%n
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 2vdQ&H4
{ m4U+,|Fa
return assignment < holder, T > ( * this , t); [S&O-b8A
} fMEv85@JL
k.xv+^b9Q
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。 =>}.W:=
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 GHC?Tp
uj9tr`Zh
return l(rhs) = r; n vpPmc
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。 l9NOzAH3
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ]RXtC*
T19rbL_
template < typename Tp > $K.%un Gm
class constant_t 5 (21gW9
{ #w,WwL!
const Tp t; .1}rzh}8
public : !E{GcK
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} B?lBO
V4v4
template < typename T > N~S[xS?
const Tp & operator ()( const T & r) const t>6x)2,TC
{ yEpN,A
return t; nl-t<#z[
} AJ?}Hel[0
} ; =SK+\j$
bg1"v a#2
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 4&oXy,8LC
下面就可以修改holder的operator=了 0qL
V(L
h%1~v$W`
template < typename T > p17|ld`
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const y@kcXlY
{ [Zt#
c C+
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); }}``~
} x ?f0Hk+
UR/qVO?
同时也要修改assignment的operator() .YjrV+om1
WpJD=C%
template < typename T2 > 6R-C0_'h
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } bQXc IIa{
现在代码看起来就很一致了。 KcmDF4C2
}c35FM,
六. 问题2:链式操作 _z<Y#mik
现在让我们来看看如何处理链式操作。 cVB|sYdf
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。 k_K,J6_)
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。 e+F}9HR7
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。 j(Fa=pi
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct >
h,y\uV1
Y/^[qD
template < typename T > !c4)pMd
struct result_1 C7b
5%a!
{ -}_cO|kk
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 5?3Isw`v2
} ; 5 Q6{(q|M
~@-QbkC
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: JNxW6 cK
g,n-s+
template < typename T > ^e aRgNz
struct ref ~+pg^en
{ H5AK n*'7
typedef T & reference; Avs7(-L+s
} ; 8S.')<-f
template < typename T > /FP ~jV!z
struct ref < T &> wGOMUWAt
{ Jw:Fj{D
typedef T & reference; vx\nr8'k
} ; ";)r*UgR{B
_&; ZmNNhc
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Ynv9&P
8qFUYZtY
template < typename T > hi ;WFyJTu
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const E/wQ+rv
{ DC$7B`#D
return l(t) = r(t); 6C:x6'5[
} kf+JM/
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。 JdaFY+f:
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ee&nU(pK
$xRo<,OV+
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 ov\Ct%]
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: F-$Z,Q]S
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 0M#N=%31
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 dr|| !{\
最后的布局是: YH<$ +U
Add X+`ddX
/ \ VFilF<