一. 什么是Lambda 0^-1/Ec
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 %FhUjHm
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, ]_EJ "'x
e|e"lP
ceUhCb
J6C/`)+w
class filler ;S5J"1)O~
{ >* )fmfY
public : g.wDg
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} GL^84[f-T
} ; sA|!b.q
i>aIuQ`pe
ea3f`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: DCheG7lo{
2N}U B=J
v(`9+*
`Q!#v{
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); sq45fRAi
9{cpxJ
b uu /Nz$
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 .ED8b5t|
_wp_y-"
Re<@.d
=H_vRd
二. 战前分析 2CY4nSKW
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。 !zZ3F|+HB
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 ]5',`~jkF
$l=&
N!~5S`
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); M->BV9
/* --------------------------------------------- */ AeR*79x
vector < int *> vp( 10 ); U0ZPY )7k
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); xiy=D5N.=
/* --------------------------------------------- */ F^Y%Q(Dd7w
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 9-"!v0['
/* --------------------------------------------- */ m|]:oT`M
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); EGysA{o"X
/* --------------------------------------------- */ xS+!/pBf"Y
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ;@FCaj&
/* --------------------------------------------- */ %}}?Y`/W)
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ;u*I#)7
C7=N`s}
?D_^ 8\R
+:kMYL3
看了之后,我们可以思考一些问题: i?:#lbw_
1._1, _2是什么? WYm<_1
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 dJF3]h Y
2._1 = 1是在做什么? :Xs3Vh,V
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ,}:}"cl
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 0t(2^*I?>
n/ZX$?tKAK
\gFV6 H?`
三. 动工 !Bv.@~
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: HJ_8 `( '
~5>k_\G8
]NyN@9u@(
v|R#[vtFd
template < typename T > ZV;~IaBL
class assignment ( _3QZ
{ 8/<+p? 3p>
T value; KU^|T2s%
public : &,tj.?NCn
assignment( const T & v) : value(v) {} )4R[C={
template < typename T2 > -
VdCj%r>
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } pnTz.)'46
} ; (tCBbPW6T?
Z.b?Jzj
%)w7t[A2D
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ?=,7'@e
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment "0Z5cQjg
+y^'\KN
fRjp(m
0|6Y%a\U
class holder i1 c[Gk.o
{ ^"iJ
public : ~U4Cf >
template < typename T > D67z6jep(
assignment < T > operator = ( const T & t) const i3cMRcS;
{ u
s8.nL/
return assignment < T > (t); \c1>15
} {^?:- #~h
} ; d~q7!
[QIQpBL
u%5 ,U-
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: #~4;yY\$I
PPde!}T$
static holder _1; q ,+29
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 /!sGO:
R[l~E![!j
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); T^ - - :1
而不用手动写一个函数对象。 &\
K
;B!p4hu
-b)3+#f
:1;"{=Yx}
四. 问题分析 *xN?5u%
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。 yZ)-=H
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。 NU"L1dK
@
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 o1k+dJUd
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ZAgtVbO7
下面我们可以对这几个问题进行分析。 L)
UCVm
.LGA0
五. 问题1:一致性 Rq`5ff3,
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?| \wR\i^
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 4 ]ko
-"I9`
struct holder e-nwR
{ DT_%Rz~<
// wRZS+^hx
template < typename T > hxt;sQAo{
T & operator ()( const T & r) const :m36{#
{ PAH#yM2Ic
return (T & )r; eIOMW9Ivt
} 7eW6$$ju,N
} ; mC3:P5/c
h+S]C#X,}
这样的话assignment也必须相应改动: ND/oKM+?
YxGqQO36
template < typename Left, typename Right > )@<HG$#
class assignment _w2KUvG-8
{ {;Oj
Left l; N36B*9m&p
Right r; WXG0Z
public : 7`e<H 8g
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} cH5RpeP
template < typename T2 > ,!X:wY}dW
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 5H, (\Xd
} ; ,(]k)ym/
[[xnp;-;
同时,holder的operator=也需要改动: Hz=s)6$ey
*$3p3-
template < typename T > c:+UC
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const c=^69>w
{ qIB2eCXw
return assignment < holder, T > ( * this , t); k=G c#SD5_
} /O`R9+;
]:m4~0^#-(
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 J(A+mYr{:
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ,XI=e=
mo,"3YW
return l(rhs) = r; +{}p(9w@
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 xk3)#*
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: @Y<fj^]k
P@x@5uC2
template < typename Tp > ,b?G]WQrHs
class constant_t g|h;*
{ rB|4
const Tp t; 6q7jI
)l
public : ;F"Tu
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ad52a3deR
template < typename T > 2/Y e<.#
const Tp & operator ()( const T & r) const ywB0
D`s'
{ 3>=G-AH/$K
return t; <p +7,aE_
} Mc,p]{<<AV
} ; i8DYC=r
&vIj(e9Y
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ,dFY]
下面就可以修改holder的operator=了 Y&y<WN}Q
07:h4beT
template < typename T > |!1iLWQ
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const :c`djM^ll
{ Yp8XZ3
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); r 5+ MjR
} NxB/U_j
?,C'\8'
同时也要修改assignment的operator() 4{b/Nv:b
Uo[`AzD3
template < typename T2 > I*mBU^<9V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 6;Mv)|FJF
现在代码看起来就很一致了。 2P{! n#"
7t78=wpLc
六. 问题2:链式操作 jO`L:D/C
现在让我们来看看如何处理链式操作。 $N|Spp0
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 qQS&K%F
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 f9'dZ}B
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 G {a;s-OA3
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct kq(]7jU$[
Bm a.Uln
template < typename T > 6^FUuj.
struct result_1 APU~y5vG (
{ (: mF+%(
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 9'KOc5@l^
} ; 2#'"<n,G
8P&z@E{y
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: n.o_._mu2
9Dyy&$s
template < typename T > (D\`:1g
struct ref 59?$9}ob
{ SW Hi iF@
typedef T & reference; '2{60t_A
} ; 4X0ku]
template < typename T > 3v)``
n@
struct ref < T &> EclsOBg
{ K=dG-+B~}
typedef T & reference; ,rhNXx
} ; #Q|ACNpYM
'jKCAU5/0;
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: 4c.!^EiV
/ 6DW+!
template < typename T > |Lc.XxBkc
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const ,LL=b-Es
{ }w)wW1&
return l(t) = r(t); "h&[6-0'
} X C'|
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。 6{ pg^K
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 T`Xz*\}Zb
a3:1`c/~\
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 ,4(m.P10
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Q*/jQC
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 eW[](lGWM
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Q?dzro4C
最后的布局是: w X.]O!^X~
Add .?r}3Ch
/ \ =8DS~J{
Divide 5 vGp`P
/ \ +^%0/0e
_1 3 AHLXmQl
似乎一切都解决了?不。 H8!lSRq
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。 f5.Be%
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。 oCB#i~|>a
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: t>"|~T$9
s18A
template < typename Right > YKa9]Q
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const gy/bA
Right & rt) const EOf*1/Ih
{ ~&+8m=
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); eak+8URo
} {CGk9g"`
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 \}7xgQ>oV
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 .+-7 'ux
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 v0+$d\mP4<
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。 l/bZE.GJ
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。 !]#;'
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? sH Hu<[psM
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: . Kk'N
#vT~D>zj
template < class Action > iMp_1EXe
class picker : public Action s%)>O{{)
{ !GZ{UmwA
public : d?=r:TBU
picker( const Action & act) : Action(act) {} [3(lk_t
// all the operator overloaded _Ns_$_
} ; $eh>.c'&]
Rhh.fV3
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(I
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: o>\epQt~/p
<7J\8JR&=
template < typename Right > +K"d\<
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const lf2(h4[1R
{ 2Xp?O+b#"O
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); rh6m
} ?rgtbiSW-
W/<