一. 什么是Lambda miB+'n"zS
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 o#QS: '|
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, l&_PsnU
1xDh[:6
q+U&lw|"w
!%(PN3*
class filler Ya29t98Pk
{ Jy
P$'v~
public : >c=-uI
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} D zdKBJT +
} ; K)#6&\0tT
%cl{J_}{&
6){nu rDBG
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: ,FK.8c 6g
<AN5>:k[pM
7_~_$I~g*
x-s\0l
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 'Gqo{wl
4Cp)!Bq?/
M&}_3
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 f/670Acv
UgTgva>?
9dwLkr
.s%dP.P:i1
二. 战前分析 i$6o>V6
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 PM3fJhx
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 o]aMhSol
jGEmf<q&u
|F49<7XB[~
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); fS]Z`U"
/* --------------------------------------------- */ /kV5~i<1S
vector < int *> vp( 10 ); U"535<mR
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ]92=PA>75
/* --------------------------------------------- */ >rY^Un{Z
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 3
p!t_y|SX
/* --------------------------------------------- */ jJV1 /]TJ
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); D77s3AyHK
/* --------------------------------------------- */ "eIE5h
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); TGZr
[
/* --------------------------------------------- */ e3WEsD+
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); w"q^8"j!
:_:o%
"""pe+Y
XB<Q A>dLh
看了之后,我们可以思考一些问题: N=j$~,yG
1._1, _2是什么?
o('6,D
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。 df{6!}/(
2._1 = 1是在做什么? ;v5Jps2^]
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。 vlo!D9zsV3
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。 [sl"\3)
4U*CfdZZ
rw#?NI:
三. 动工 NY/-9W5T4
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 3il/{bgM
lz4M)pL^
+8.1cDEH\
~iJ@x;`
template < typename T > #:=*n(GT
class assignment /%AA\`:6
{ "QmlW2ysi
T value; P,)\#([vc
public : Je~`{n
assignment( const T & v) : value(v) {} q>m[vvt"
template < typename T2 > gT2k}5d}p
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } .$ xTX'
} ; A5~OHmeK
nTHCb>,vM
LZ8xh
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 K1t>5zm
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment V U~r~
COcS
w
mW1T4rR'
Hlz$@[$
class holder \J6&Z13Q
{ r#w.yg4EX
public : 0}q*s!
template < typename T > *l)}o4-$
assignment < T > operator = ( const T & t) const GriFb]ml"
{ %JuT'7VB
return assignment < T > (t); W];l[D<S*
} YXIAVSnr
} ; -o+; e3#
ASa)xf9
[#2X
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: 5>>JQ2'W
s} oD?h:T3
static holder _1; _f@nUv*
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 2Zr,@LC
is`~C
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); \vgM`32<
而不用手动写一个函数对象。 [E0.4FLT!
R0T{9,;[`
fz<GPw
@"n]v)[4
四. 问题分析 Svm'ds7>
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。 0A F}wz>
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。 6Ok]E`
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 lbC9^~T+
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 /|8/C40aY
下面我们可以对这几个问题进行分析。 <X ([VZ
z0?IQzR^T
五. 问题1:一致性 zE?@_p1gei
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?| 9lB$i2G>Zw
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ;]_h")4"c
U4h5K}j4
struct holder '6GW.;
{ c:2LG_mQ
// ;+rcT;_^/
template < typename T > "ed
A
T & operator ()( const T & r) const '1b4nj|<m
{ okH*2F(-
return (T & )r; VJgYXPE
`
} ?D=C8[NEX
} ; #pk
@k\npFKQm
这样的话assignment也必须相应改动: U&gI_z[
d8&T62Dnd4
template < typename Left, typename Right > j5G=ZI86y
class assignment ZC3;QKw>
{ !_>o2
Left l; MGH2z:
Right r; ilwI qj
public : unt{RVR%
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} P9q ZjBS
template < typename T2 > m[tsG=XBN
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } SEIJ+u9XsA
} ; yw*|
H T
*V{Y.`\
同时,holder的operator=也需要改动: KB8_yo{y
yo
:63CPP
template < typename T > F-GH?sfvi
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const [m(n-MuF
{ (PSL[P
return assignment < holder, T > ( * this , t); w9C?wT
} "/d
N 'YzCq;M
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 K6N+0#
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 U|+c&TY
hZ-?-F?*@
return l(rhs) = r; sU"sd7#A
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 UL`%Xx
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: h}=
ISg-?h/
template < typename Tp > 'LC0hoV
class constant_t ?%Gzd(YEY
{ f s2}a
const Tp t; NV`=T?1[5
public : r>J%Eu/O
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} N$M:&m3^
template < typename T > nT=XWM
const Tp & operator ()( const T & r) const ~xf uq{L;
{ =J'&.@Dwz
return t; Pp`[E/
qj4
} CB`GiH/j
} ; :]9CdkaU
.-GC,&RO
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 dlBr2 9
下面就可以修改holder的operator=了 N[kl3h%q
lCGEd 3
template < typename T > o>A']+`Eu
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const t4+bRmS`_
{ nf,Ez
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ;Hn>Ew
} [midNC +,
v;d3uunqv
同时也要修改assignment的operator() d^I:{Ii'
),5A&qT*
template < typename T2 > a|Wrc)UR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ^tI4 FQ>Y
现在代码看起来就很一致了。 x]vyt}oCmk
Q$A;Fk}-
六. 问题2:链式操作 YqYobL*q/
现在让我们来看看如何处理链式操作。 k\A4sj
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 jfpbD
/
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 =1zRm >m
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 |l:,EA_v|
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct
/~pB_l
p%IVWeZnx
template < typename T > 9b)'vr*Hy7
struct result_1 fk\hrVP
{ {VKP&{~O
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ksF4m_E>YB
} ; rAS2qt
Vn?|\3KY
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: cQ(,M
.cB>ab&
template < typename T > S%o6cl =
struct ref
scZ&}Ni
{ 3 ]w a8|
typedef T & reference; fK+[r1^
} ; rS_pv=0S
template < typename T > ';I(#J6
struct ref < T &> QsyM[; \j:
{ m.c2y6<=
typedef T & reference; X)S4vqf}
} ; mX GW+
:.SwO<j
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: C^*}*hYk$
-+kTw06_C
template < typename T > &;%,Axc
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const n\u3$nGL1`
{ ~{q;
-&
return l(t) = r(t); i7\MVI8
} ;TboS-Y
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 56H~MnX
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 wN:vI(C
sq+cF/jo6
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 ?6 "B4%7b
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: )npvy>C'(
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 UDV6 ##$
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 fcw/l,k9
最后的布局是: '3TfW61]
Add 51`*VR]`K
/ \ M7//*Q'?
Divide 5 p?sFX$S
/ \ @[~j|YH}
_1 3
A{)p#K8
似乎一切都解决了?不。 RU\MT'E>(
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 @Op7OFY%
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 u\u6<[>P
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: ,{BF`5bn|
wSG!.Ejc7
template < typename Right > 6{H@VF<QY!
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ;qaNIOo9
Right & rt) const J['i
{ Xe@:Aun
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); N`+@_.iBX
} LNF|mS\+D
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 {emym$we
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。 x,#?
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。 -S
0dr8E
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。 z W*Z
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。 ,b74m
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? YeB)]$'?u`
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: /,JL \b
`\Te,
template < class Action > d#:7V%]dp
class picker : public Action sNsWz.DLT#
{ M~5Ja0N~
public : &o7"L;
picker( const Action & act) : Action(act) {} X"S")BQ
q
// all the operator overloaded t?h\Af4Tf
} ; bjql<x5d
j Kp79].
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 r~PVh?
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: N==Y]Z$G
!0Eo9bU%@
template < typename Right > BZk0B?
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const @}hdMVi
{ A<[BR*n
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); E6clVa
} 9zlhJ7i
@H8CU!J
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Jv59zI
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。 A8 j$c ~
gS.,V!#t
template < typename T > struct picker_maker |I s"ov
{ y#-~L-J_R
typedef picker < constant_t < T > > result; zj7?2
} ; (RI+4V1
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > A (ZtA[G
{ ;oVFcZSA
typedef picker < T > result; @'JA3V}
} ; >5j&Q