一. 什么是Lambda YuB+k^
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 G@j0rnn>B
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, _V`DWR
*
Uix6GT;
O$4yAaD
X
rj!0GI
class filler #:SNHM^><
{ \l~*PG2
public : Hc`A3SMR
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} X.:]=,aGW
} ; 4*$G & TX
7 [0L9\xm
/hO1QT}xd
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: .`&F>o(A
.1LCXW=
.YuJJJv
fDLG>rXPT
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 6uR^%W8]
TsTPj8GAl[
_o8?E&d
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 cph:y
0]4(:(B
qgrg CJ
-44l^}_u
二. 战前分析 @e{^`\ l=<
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。 \QB;Ja_
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 ZK)%l~J
tor!Dl@Mo
?Q&yEGm(
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); G$sA`<<
/* --------------------------------------------- */ {26ONa#i
vector < int *> vp( 10 ); c_>f0i
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); M+x,opl
/* --------------------------------------------- */ Si~vDQ7"
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 5scEc,JCi
/* --------------------------------------------- */ ]~Z6;
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); +sJrllrE(
/* --------------------------------------------- */ 4
uQT5
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 2@
Z(P.Gh
/* --------------------------------------------- */ twx[s$O'b
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); R=KQ
>+[&3u
nWHa.H#
,#8e_3Z$
看了之后,我们可以思考一些问题: ^,]B@t2
1._1, _2是什么? CoA6
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。 OD_W8!-
2._1 = 1是在做什么? +[tP_%/r'^
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。 &
j+oJasI
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。 CJ++?hB]X
/S lYm-uQ+
^k\e8F/
三. 动工 ERN>don2
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: >i6yl5s
{+@bZ}57
3=L.uXVb
cA:*V|YV`
template < typename T > i _%Q`i
class assignment =3v]gOcO
{ to$h2#i_
T value; ~appY Av
public : lMbAs.!
assignment( const T & v) : value(v) {} WH\))y-
template < typename T2 > jNC4_q&
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } A\.GV1
} ; 1&U>,;]*
xagBORg+Bd
icgSe:Ci
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Y(cGk#0
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment 2m2;t0
*v3]}g[<
W!&vul5
L;f!.FX#
class holder =pC3~-;3
{ ,9o"43D:a|
public : SE~[bT
template < typename T > 5EfS^MRf\n
assignment < T > operator = ( const T & t) const 1[vi.
{ }x
wu*Zx
return assignment < T > (t); X<%Q"2hW
} #*(td<Cp
} ; [n$BRk|
_n` a`2C|m
UZpIcj cL
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:
MEGv}
KPj\-g'A
static holder _1; BFOq8}fX2
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 YS%h^>I^
C-H@8p?T
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); TTTPxO,
而不用手动写一个函数对象。 ZXuv CI
CLJ;<
8!Ww J
Oe
HI11Jl}{
四. 问题分析 D'Y-6W3
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。 AQiwugs
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。 6Z%U`,S
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 vTx2E6
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 :HwA 5Z#
下面我们可以对这几个问题进行分析。 eF3,2DDC
Y1J=3Y
五. 问题1:一致性 p$3sME$L
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?| lH6OcD:kj
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ^*Yh@4\{JH
&?yZv{
struct holder cj'}4(
{ 3skC$mpJHw
// h9G RI
template < typename T >
N#a$t&
T & operator ()( const T & r) const [.uG5%fa
{ v63"^%LX
return (T & )r; Gf<'WQ[
} r 0iK
} ; 5?F__Hx*2
PC-"gi=h
这样的话assignment也必须相应改动: x?2@9u8Yb
zZ` _D|<m
template < typename Left, typename Right > e(GP^oK
class assignment :i .{
{ J2xw) +
Left l; [8*jw'W|[
Right r; HV{wI1
public : )E-inHD /
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} vPTM
template < typename T2 > %~2YE
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } dE4L=sTEsy
} ; ~5CBEIF(NS
'z%o16F)L
同时,holder的operator=也需要改动: 5',8 ziJQ
pH"#8O&
template < typename T > %B5wH_p
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const uP~@U" !
{ 7G}2,ueI
return assignment < holder, T > ( * this , t); DkvF 5c&
} ,P70Jb
;kS&A(
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。 C(#u[8
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 j/f?"VEr
?"i}^B`*
return l(rhs) = r; !O:y@
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。 %'s>QF]'
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: O$&mFL[`
ujR_"r|l
template < typename Tp > }dWq=)*
class constant_t b`~p.c%(
{ ,D]QxbwZ
const Tp t; di6QVRj1
public : +wN^c#~7
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} gy 3i+J
template < typename T > M42Ssn)
const Tp & operator ()( const T & r) const LWz&YF#T-
{ #><.oreXq
return t; 1DE<rKI
} 2[RoxKm
} ; YW_Q\|p]M
Ay5i+)MD
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 |
r&k48@
下面就可以修改holder的operator=了 `_` QxM
W&&;:Fr
template < typename T > Nn~~!q
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const j3{I /m
{ G~2jUyv
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 52 fA/sx
} =|3ek
snf~}:&
同时也要修改assignment的operator() aB{vFTD5
s:#V(<J
template < typename T2 > }Qip&IN
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } +e yc`J
现在代码看起来就很一致了。 *W0y: 3dB3
vY }A
六. 问题2:链式操作 OWjk=u2Lz
现在让我们来看看如何处理链式操作。 @eD):Y
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。 E9Np 0M<
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。 Rs-]N1V
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。 <lw`
3aa(
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ]>LhkA@V
#{?PbBE}
template < typename T > %Y<| ;0v
struct result_1 hxVKV?Fl
{ n>+mL"hs
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; JJ}0gZ
} ; WQ[_hg|k
TUV&vz{
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: h{HF8>u[
s \;" X
template < typename T > )6,de2Pb
struct ref ^?0DP>XA
{ 3L833zL
typedef T & reference; hAYTj0GZ
} ; # {w9s0:
template < typename T > kbTm^y"
struct ref < T &> a`&f
{ {QcLu"?c
typedef T & reference; 0fF(Z0R,
} ; k. MUdU^
YQ+tDZY8`
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: >XY`*J^
o<<xY<
template < typename T > *5vV6][
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const =yr0bGy`-
{ 1+}{8D_F
return l(t) = r(t); nv@8tdrc
} fSs4ZXC
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。 :TJv=T'p'
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Sgp;@4`M
J2'Nd'
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 UFp,a0|
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Tl2C^j
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 bdQ_?S(
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 C/TF-g-_Y
最后的布局是: &NH$nY.r
Add IW@PF7
/ \ E0MGRI"me
Divide 5 STxKE %l
/ \ ( 5tvfz%
_1 3 r[lF<2&*R
似乎一切都解决了?不。 <N_+=_
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。 >hk=VyU;
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。 r=X}%~_8X
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: =jX8.K4]
Aq0S-HKF
template < typename Right > 3td)'}
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const &?*V0luP)
Right & rt) const n&-qaoNl
{ ENGg
~D
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 2@%$;.
} ^(|vsFzn
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 n#wI@W>%+
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。 pO ml8SQf
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。 |aT| l^2R@
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。 ]8f ms(
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。 RV5n,J
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? j}~86JO+Cw
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: ds?v'|
~ ; -! n;
template < class Action > pBETA'fY
class picker : public Action 20Z8HwQi
{ u"d~!j1
public : yjhf
picker( const Action & act) : Action(act) {} m3mp/g.>
// all the operator overloaded $ep.-I>
} ; r9
!Tug*>m
/4vG3
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 1$%V{4bJ
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: )w0AC"2O~
+=.W<b
template < typename Right > [BT/~6ovrZ
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const /C4^<k\
{ QoG cWJ
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); rxy&spX
} =9"W@n[>W
dO4{|(z
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > S6AU[ASY.
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。 lhw ,J]0*
CC@.MA@9N
template < typename T > struct picker_maker ;uW}`Q<
{ >&p0d0
typedef picker < constant_t < T > > result; `g6h9GC6
} ; =Q[b'*o7
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > qfK`MhA}
{ .F(i/)vaq|
typedef picker < T > result; j'BMAn ?
} ; 9M1d%jT
)I$q 5%q8
下面总的结构就有了: bf!M#QOk?
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。 cg*)0U-_(
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。 Hf vTxaK
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 E
Kz'&