一. 什么是Lambda HG{&U:>)
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。
Veb+^&
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, N5pinR5 H
'O.+6`&
-M7K8
x4CtSGG85f
class filler kZV^F*7
{ !cq=)xR
public : 0Y2\n-`z
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} l,*yEkU
} ; Q0pC4WJ`
|ZvNH ~!
,sO:$
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: iBG`43;
38[)[{G)Hv
ybo#K
a$w},=
`E
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true );
S304ncS|M
5;X {.2
-'I _*fu
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 :z
B}z^8-
q>^hoW2$C
F0@Qgk]\
FJO"|||Y'|
二. 战前分析 aRbx
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。 X Y~;)<s_
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 'Pf_5q
:ar?0
=kd YN5R
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1s Br.+p
/* --------------------------------------------- */ }KK2WJp#M
vector < int *> vp( 10 ); `'uUmyg
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); N*~_\x
/* --------------------------------------------- */ *i`v~>
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); >Z *iE"9"
/* --------------------------------------------- */ k]Zo-xh4
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); =g@R%NDNV
/* --------------------------------------------- */ 6^Ph '
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); ue@8voZhS/
/* --------------------------------------------- */ L59bu/LfL
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Kaf>
Ejq=*UOP
fCB:733H
[#0Yt/G
看了之后,我们可以思考一些问题: z+jh;!i
1._1, _2是什么? !L77y^oV
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。 Y[Es
2._1 = 1是在做什么? U|8[#@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。 opdu=i=E
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。 CD} Ns
i`+B4I8[
6_*!|g
三. 动工 vVAb'`ysv
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: jPnO@H1
uyFn}y62
$_)=8"Sn
ymtd>P"
template < typename T > MD<-w|#8IV
class assignment k^^:;OR
{ 3%^z ?_
T value; _9NVE|c;
public : l)Zs-V!M^\
assignment( const T & v) : value(v) {} =2,0Wo]$
template < typename T2 > ]ZTcOf
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } >Rt9xP
} ; M/{g(|{
&3Tx@XhO
5 [4Z=RP
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 kJk xx*:u
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment w>qCg XU3
TFy7HX\Oq
dv7<AJ
hmZvIy(
class holder 3sFeP&
{ u g\w\b
public : BDe]18X
template < typename T > B
wC+ov=
assignment < T > operator = ( const T & t) const ?+r!z
{ W&(f&{A
return assignment < T > (t); :[sOKV i
} $D'^t(
} ; `tE^jqrke5
z856 nl
WJ+>e+
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: kq-6HDR
gWrAUPS[
static holder _1; %6ub3PLw8
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 "+|L_iuNQ
Ftv8@l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 1$ML #5+,
而不用手动写一个函数对象。 uLN[*D
)ofm_R'q*
}"zC
>eX&
<y)E>Fl
四. 问题分析 +l?; )
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。 = .oHnMX2M
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。 MJ\[Dt
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 k\N4@UK
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 PuXUuJx(
下面我们可以对这几个问题进行分析。 !@g)10u
}+RB=#~o
五. 问题1:一致性 Q_zr\RM>
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?| s_eOcm
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ZPO|<uR
:\yc*OtX
struct holder dDtFx2(R
{ 7Kf}O6nE
// 5Qa
zHlJ
template < typename T > ^#e~g/
T & operator ()( const T & r) const ~`eHHgX
{ ~xyw>m+o.
return (T & )r; H4<Nnd\
} naNyGE7)
} ; #[ -\lU|
M>l^%`
这样的话assignment也必须相应改动: x#8w6@iPQ
kzO&24
template < typename Left, typename Right > wW`}VKu
class assignment 1u}nm;3
{ #^rU x.
Left l; :&VcB$
Right r; !.Zt[ g}
public : {CUk1+
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} +S~.c;EK
template < typename T2 > cHD%{xlb
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } GAEO$e:
} ; . (`3JQ2s
{3edTu
同时,holder的operator=也需要改动: &35|16z%@
Imym+
template < typename T > Fu _@!K
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const :tGYs8UK
{ 0 bSA_
return assignment < holder, T > ( * this , t); cF+ X,]=6
} '$m7ft}
=-jD~rN4;P
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。 N$ alUx*
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 O/OiQ^T
fA^Em)cs2
return l(rhs) = r; "="O >
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。 \m/xV/
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 4$"DbaC
IazkdJX~
template < typename Tp > Vk}49O<K/
class constant_t Z(Q2Ue;}&
{ ,M6ZZ* ,e
const Tp t; 4j'd3WGpbN
public : <$E6oZ
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} faJM^ u
template < typename T > kE)!<1yy2
const Tp & operator ()( const T & r) const RtV.d\
{ .y4&rF$n
return t; "mIgs9l$
} pyB~M9Bp/
} ; pGWA\}'
N{joXHCu
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 @}LZ! y
下面就可以修改holder的operator=了 KL3<Iz]
ps1@d[n
template < typename T > sH!O0WL
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const lZ+!H=`
{ ')#,X^
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); TZB+lj1
} }Uw#f@Wh
>bm|%Ou"
同时也要修改assignment的operator() :nGMtF
\ e:d)^cbh
template < typename T2 > ;j}yB
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } >-cfZ9 {!
现在代码看起来就很一致了。 &a)vdlZSE=
kU*{4G|6
六. 问题2:链式操作 0Xl%uF+w
现在让我们来看看如何处理链式操作。 >SI<rR[~%
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。 e>H:/24
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。 :pC;`iQ
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。 'Cg{_z.~c
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct lF4u{B9DM
$aP(|!g
template < typename T > .YcN S%
struct result_1 vzR=>0#
{ ^PqF<d6
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; +V8b
} ; {]/8skov5]
f} K`Jm_}?
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: l I-p_K
(.X]F_*sc
template < typename T > =nxKttmU0
struct ref tJD]
(F
{ k`YYZt]@
typedef T & reference; ]n
v( aM?d
} ; -G`.y?
template < typename T > Dz&+PES_k
struct ref < T &> jPJAWXB4a
{ Fwfo2
typedef T & reference; k*$3i
} ; Z[L5 ;
H5xzD9K;/C
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: x0+glQrNN
LI
W*4r!
template < typename T > !`wW_W
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Faac]5u:*
{ "QY1.:o<(
return l(t) = r(t); >mm'-P
} Fr:5$,At7-
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。 l(kr'x
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 P:!)9/.2
C7qYiSv
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 S*t%RZ~a
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: h=+$>_&:
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 VXKT\9g3A
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 H{zPft
最后的布局是: :7b-$fm
Add ^%[F8\}XPJ
/ \ :c8^db`"
Divide 5 46XN3r
/ \ Z85|I.mr
_1 3 La,QB3K/
似乎一切都解决了?不。 <y=ovkM3
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。 e3(<8]`b[
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。 \"^%90F
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: ]((i?{jb(
`a4 $lyZ
template < typename Right > RQ'
H!(K
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const J=}F2C
Right & rt) const vXcy#
{ <^><3U`
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); bLS&H[fK
} Wmz`&