一. 什么是Lambda GSH,;cY
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 l}#d^S/
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, 6Yqqq[#V/
vSH-hAk
yHZ&5
Wv,?xm
class filler 'kg~#cf/+
{ U2\k7I
public : H;Gs0Qi;
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Lu[Hz8
} ; v^[!NygShs
l
SuNZYaO
DLe>EU;vS
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: ] xIgP%
c]ga)A(
ww'B!Ml>F
^nQJo"g\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); d/YQ6oKU
h_g"F@
z@jKzyq
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 m}6>F0Kv
"ZmxHMf
`H^
H#W
j2 >WHh
二. 战前分析 K;TTGK
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。 (@O,U
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 >}u#KBedE
D?H|O[
Us>
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); +|4olK$[
/* --------------------------------------------- */ 4~WSIR-
vector < int *> vp( 10 ); zXwdU58
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ,.Lo)[(
/* --------------------------------------------- */ PX?^v8wlqL
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ]a:T]x6'
/* --------------------------------------------- */ A!$sOp
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); j1ap,<\.k
/* --------------------------------------------- */ =H}}dC<)
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); YC*`n3D|'
/* --------------------------------------------- */ !Uhc jfq`e
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); X-j<fX_
y35e3
CdtwR0
^6!8)7b
看了之后,我们可以思考一些问题: Lr`Gyl62
1._1, _2是什么? wvr`~ e
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。 -W|~YK7e
2._1 = 1是在做什么? [[ }ukG4
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。 -,$:^4
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 oiz]Bd
z34+1d
Z_T~2t
三. 动工 ^vOEG;TR<-
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 5?E;YyA
ZCfd<NS?
%r:4'$E7|
KkR.p,/
template < typename T > Lk-h AN{[
class assignment }F3}"Ik'L
{ +]Z*_?j9{
T value; t
Q>/1
public : ~6OdwGWV
assignment( const T & v) : value(v) {} 8PG&/"K
template < typename T2 > FGpV
]p
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } J]Q-#g'Z
} ; h?GE-F
2k`Q+[?{q>
~UsE"5
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ~BXy)IB6
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ;y>}LGG
_Vr}ipx-k
,awkL
:
L 1q]
class holder Q:Y`^jP
{ "m}N
hoD4
public : m`@~ZIa?>B
template < typename T > ',6d0>4*
assignment < T > operator = ( const T & t) const Ye[Fu/0
{ SQJ4}w>i
return assignment < T > (t); #}UI
} RggZ'.\
} ; :~,V+2e
!Jaj2mS.N
ZP.~Y;Ch;-
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: +n|@'= ]
}O6E5YCm
static holder _1; 9;A9Q9Yr
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 !1bATO:x
TZObjSm_v
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 );
lhF)$M
而不用手动写一个函数对象。 !@
)JqF.
2W)KfS
3gW+|3E
)fc+B_
四. 问题分析 ;^8X(R
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 ,B,0o*qc{K
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 BR~+CBH
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 asYUb&Hz88
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 1kh()IrA
下面我们可以对这几个问题进行分析。 ^pocbmg
(abtCuZ8z
五. 问题1:一致性 ?"p.Gy)
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?|
8oJp_sw
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 biHZyUJ
BM02k\%
struct holder :)k|Onz
{ 3+I"Dm,
// ,WS{O6O7
template < typename T > e~$aJO@B.R
T & operator ()( const T & r) const ban;HGGNG{
{ R!:F}*
return (T & )r; vVbS
4_
} tSunO-\y
} ; V:1_k"zQ
:U'Oc3l#Y
这样的话assignment也必须相应改动: c+UZ UgP
zY&/lWW._
template < typename Left, typename Right > I -V=Z:
class assignment z*/}rk4i
{ f5#VU7=1F2
Left l; ^<Sy{KY
Right r; t\-;n:p-
public : sTECNY=l
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} XJ?zP=UK
template < typename T2 > (gUxS.zU
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } oX6()FR
} ; i0[mU,
L^jhr>-";
同时,holder的operator=也需要改动: (w/lZt
>uYGY{+j[
template < typename T > F2$?[1^f
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const y~rtYI
{ G 2FD'Sf
return assignment < holder, T > ( * this , t); 2L7ogyrU/A
} -qDL':
U~<~>^[
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[3RiG
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Fr,b5 M<L7
Ng\]
return l(rhs) = r; x)e(g}n
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。 Xxs0N_va&
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: b|g=&T:pp
r} a,
template < typename Tp > t~
z;G%a
class constant_t _z&H O
{ m2to94yh
const Tp t; gg
:{Xf*`
public : "'U]4Z%q!
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ~P+;_
template < typename T > 5Fa/Q>N
const Tp & operator ()( const T & r) const -W)8Z.
{
m%i!;K"{s
return t; jN sM&s,
} w#RfD
} ; gPy}.g{tH$
]{pH,vk-
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 G8OnNI
下面就可以修改holder的operator=了 4 _Idf
ROr| <
template < typename T > 6Vy4]jdT5
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const wZ~eE'zx+
{ nbSu|sX~r5
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); HmRmZ3~
} ZgL ]ex
w(R+p/RF
同时也要修改assignment的operator() Zs}EGC~&
-o`|A767
template < typename T2 > d{RMX<;G
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } &^])iG,Ew
现在代码看起来就很一致了。 p`oHF 5
_SQ0`=+
六. 问题2:链式操作 X6EnC57
现在让我们来看看如何处理链式操作。 5@{~830
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。 KvuM{UI5
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。 )zvjsx*e=J
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。 O}q(2[*i
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ^%m~V LH
jo[U6t+pj7
template < typename T > ?bl9e&/!
struct result_1 f5hf<R),A
{ j9$kaEf
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 8jU6N*p/
} ; U#F(%b-LC
]YwvwmZ
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: .7MLgC;
jI,?*n<
template < typename T > <+e&E9;>6
struct ref q|N4d9/b
{ ,PZ[CX;H@
typedef T & reference;
@d6N[?3;
} ; , @dhJ8/
template < typename T > j'nrdr6n
struct ref < T &> j+NpQ}t:
{ !9. `zW"40
typedef T & reference; %scQP{%aD
} ; SSa0x9T
?E.MP7Y#V
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: A>QAR)YP
t[b@P<F
template < typename T > {DbWk>[DkG
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const -owap-Va
{ n_46;lD
return l(t) = r(t); 6B`,^8Lp
} ;&]oV`Ib
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。 z%Ivc*x5
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 UViWejA/*u
Ln&CB!u
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 R(<_p"9(
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 6gJc?+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 gL6.,4q+1
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 !eGUiE=
最后的布局是: Ihg1%.^V\
Add y_N h5
/ \ PW GNUNc
Divide 5
'' Pfs<!
/ \ ?/^x)Nm
_1 3 C+Pw
似乎一切都解决了?不。 lsRW.h,
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。 S]}W+BF3
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。 2U`g[1
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: `NARJ9M
=1Tn~)^O
template < typename Right > ;>h:VnV(>(
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const J2Z?}5>
Right & rt) const 2M3C
5Fu
{ C?lZu\L
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); uy
oEMT#u
} DjQgF=;
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 RS
/*Dp^
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。 =!P$[pN2
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。 @1iH4RE*
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。 \6K1Z!*;
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。 L|K^w *\C
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? 9:]|TIPi
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: 5r(Y,m"?
&L4>w.b"N
template < class Action > H4JwgQ
class picker : public Action yDXW#q
{ pJPP6Be<
public : @sLB
_f
picker( const Action & act) : Action(act) {} <%EjrjdvL+
// all the operator overloaded C+X-Cp
} ; 6eHw\$/
u^]Z{K_B
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。 I=}pT50~9
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: $%0A#&DVh
)5U2-g#U
template < typename Right > DYaOlT(rE
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const |n+
`t?L^
{ ~U`|+
5
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); nj5Hls
} l\1_v7s
&1,{.:@e
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > WiCJhVF3
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 Qvhz$W[P>
7F
1nBd
template < typename T > struct picker_maker <Z\j#p:
{ B*T;DE
typedef picker < constant_t < T > > result; i4r8146D[
} ; UA}N
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > |t&gyj
{ vFgX]&bE
typedef picker < T > result; '"fZGz?
} ; D}A>`6W<