一. 什么是Lambda Af2=qe
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 0[n c7)sW
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, 2-vJv+-
,s1&O`
<^,o$b
xoqiRtlY:
class filler p{iG{
{ @k=cN>ZMc
public : D+@-XU<Lp<
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 5kGxhD
} ; W4)kkJ
0Y2\n-`z
g\ErJ+i
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: XIr{U5$<6
2Pbe~[
Q)x?B]b-
w{k1Y+1
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 1a7!4)\
Ad dGB^7yl
:y=!{J<
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 k_,MoDz
5h_<R!jA
!UBy%DN~k
jP1$qhp
二. 战前分析 bjPka{PBj
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 K^"w]ii=
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 I\}|Y+C$d/
YS]>_
EKqi+T^=F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); lp,\]]
/* --------------------------------------------- */ RY9+ 9i
vector < int *> vp( 10 ); ]vm\3=@}9
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); W[@i;f^g
/* --------------------------------------------- */ q>^hoW2$C
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2);
@bY('gC,
/* --------------------------------------------- */ @O@fyAz
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); {SF[I
/* --------------------------------------------- */ J&A;#<qY
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); M-{*92y&
|
/* --------------------------------------------- */ }X=87ud
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); w+q?T
%oAL
g(mxhD!k
zL9VR;q
看了之后,我们可以思考一些问题: ~}h^38
1._1, _2是什么? ~_'0]P\
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Y.q>EUSH
2._1 = 1是在做什么? o[o:A|n
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 7N>oY$&)
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。
M{]e5+
92!JKZe
Xc\*9XV:
三. 动工 kt:)W])V
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: plK=D#)
OQ6sv/
V/J>GRjw
O~.U:45t
template < typename T > ?$3r5sx
class assignment =K .r
{ >[a FOA
T value; 9u?(^(.
public : Z)/6??/R
assignment( const T & v) : value(v) {} L{=l#vu
template < typename T2 > <D;MT96SG
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } [!G)$<
} ; 4RhR[
+)gGs#2X
Wdo#?@m
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ,E&Bn8L~O
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment u,fA!
prZ55MS.
#Rc5c+/(
opdu=i=E
class holder CD} Ns
{ k_!+V`Ro#
public : ~wTX>qV
template < typename T > X:Q$gO?[4
assignment < T > operator = ( const T & t) const gA_krK,Z
{ vVAb'`ysv
return assignment < T > (t); 7$
d}!S
} cS}r9gaQ
} ; P<u"97@8a
6^sHgYR
e&2wdH&
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: J/t!-!
}w@gj"\H
static holder _1; MD<-w|#8IV
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 1i
u =Y
+3Y!xD?=
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); MHo1 lrZa+
而不用手动写一个函数对象。 [h4o7
=D].`
~Eq \DK
=<{ RX8
四. 问题分析 {rC~P
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。 S8%n .<OB
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。 kg3ppt
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 h~w4, T
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 W
(`c
下面我们可以对这几个问题进行分析。 azo0{`S?
< A?<N?%o
五. 问题1:一致性 snYr9O[E6
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?| Q2eXK[?*
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 kJk xx*:u
cn%2OP:L^
struct holder Sj)}qM-y#
{
: tM?%=Q
// b{RqwV5P
template < typename T > fYBH)E
T & operator ()( const T & r) const YUscz!rM
{ 2zK"*7b?
return (T & )r; &x0C4Kh
} f7J,&<<5w
} ; iITp**l
$}R$t-
这样的话assignment也必须相应改动: YsP/p-
!8*McOI
template < typename Left, typename Right > 'L{p,
class assignment gDCOLDM
{ "}b'E#
Left l; .+E#q&=
Right r; dig~J\
public : KFDS q"j
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} |y"jZT6R}t
template < typename T2 > ?z/Vgk+9|
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } `tE^jqrke5
} ; gi]ZG
bU`=*
同时,holder的operator=也需要改动: v7IzDz6gF
SMoz:J*Q(
template < typename T > f-g1[!"F
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const X
\f[
{ @u)
'yS
return assignment < holder, T > ( * this , t); B8m_'!;;
} H{V)g
nxaT.uFd1
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。 h1+hds+
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 7byCc_,
8~ #M{}
return l(rhs) = r; uLN[*D
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。 _8><| 3d
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: )"`!AerJ
4:mCXP,x
template < typename Tp > |NrrTN?>
class constant_t 0xpx(T[
{ TfRGA(+#
const Tp t; ^Y04qeRd
public : Ht[{ryTxu
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} :?CQuEv-
template < typename T > Y
?'tUV
const Tp & operator ()( const T & r) const &Un6ay
{ PuXUuJx(
return t; :Q@)*kQH
} aMK~1]Cx
} ; 5H lWfD
ksWSMxm
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 [vTMS2
下面就可以修改holder的operator=了 q0O&UE)6Y
lKKERO5+
template < typename T > 'r+PH*Mr
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const KJh,,xI>by
{ mm[SBiFO\
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); otr>3a*'
} B@t'U=@7
"tu*YNP\Q
同时也要修改assignment的operator() nl1-kB)$e|
1S$h<RIPAc
template < typename T2 > 2cf' ,cv@8
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 2~c~{ jl\
现在代码看起来就很一致了。 ?Zz'|.l@
[@"wd_f{l
六. 问题2:链式操作 Owf.f;QR
现在让我们来看看如何处理链式操作。 T_#,
A0 G
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。 -<N&0F4|*
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。 K`k'}(vj
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。 nWWM2v
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct 8`v$liH
H?yE3w
template < typename T > Q:MhjkOr}
struct result_1 Tby,J
B^U
{ uDuF#3
+"
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 1u}nm;3
} ; $Ui&D
I
.ve *Vp
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: +MUwP(U=w
xxa} YIe8
template < typename T > O}Le]2'
struct ref w'ybbv{c
{ =AOWeLk*G
typedef T & reference; Xl%0/o
} ; IFuZ]CBz
template < typename T > GAEO$e:
struct ref < T &> K7`YJp`i
{ P $>`
typedef T & reference; ?tYpc_p#
} ; UAYd?r
rwqv V^
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: / 8gL.i$
&35|16z%@
template < typename T > 8SmjZpQ?
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const UG[e//m
{ 3071:W
return l(t) = r(t); #DI$Oc
} /-Qv?"
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 p25Fn`}H
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 +,flE=5]s
>+9JD%]x]
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 d"THt}
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: Q9>U1]\
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 (f1M'w/OD
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 q<{NO/Mm
最后的布局是: O`W%Tr
Add <GIwRVCU
/ \ HKmcQM
Divide 5 0[a}n6XTk
/ \ P-Su5F
_1 3 2x}6\t
似乎一切都解决了?不。 /c-nE3+rn
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 ,Og4
?fS
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 }e{qW
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: K|^wc$
xtfRrX^
template < typename Right > bEH
de*q(
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 8^yJqAXK
Right & rt) const f7<pEGb
{ .v`b[4M4
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); e~\QE0Oe :
} zlf}.
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Hi,t@!!
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。 ff cLuXa
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。 @}LZ! y
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。 KL3<Iz]
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。 ]]uHM}l
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? l";'6;g
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: L-h$Z0]_F
oXY Moi
template < class Action >
6rDfQ`f\p
class picker : public Action /iM$Tb5
{ e%6{ME
3
public : [aW =
picker( const Action & act) : Action(act) {} 3<(q }
// all the operator overloaded 4zc<GL3[
} ; 45+{nN[
6m`{Z`c$
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。 zCe/Kukvy
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: }E&NPp>
F9Z@x)
template < typename Right > }GZbo kWg.
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const B5=($?5^6%
{ TMj4w,g4
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); fEnQE EU~P
} nkY@_N
!,&yyx.
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > EESN\_{~.
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 dbF M,"^
:Ml7G
template < typename T > struct picker_maker l?E|RKp
{ 9%DT0.D}$j
typedef picker < constant_t < T > > result; 9y] J/1#
} ; 9'KonW
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > (H#M<N
{ +1`t}hO
typedef picker < T > result; 9`Q@'(m
} ; Wd 2sh
:d'
5O8
下面总的结构就有了: gR gog*z
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。 Px;Cg
6
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。 }KB[B
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ]|Z b\{
至此链式操作完美实现。 8<&EvOk
2[R$RpA_
SgM.B
七. 问题3 F:T GsV#
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 >- Bg%J9
Z!{UWegun
template < typename T1, typename T2 > NoDZ5Z
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 0!#;j{JQ
{ k
onoI&kV|
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Vz:_mKA
} tk?UX7F
's%q
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: CEtR[Cu
0D[@u3W
template < typename T1, typename T2 > By((,QpB
struct result_2 q-AN[_@
{ $k0H9_
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; c@du2ICUc
} ; bXdY\&fE
RUXCq`)"<
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? Z85|I.mr
这个差事就留给了holder自己。 La,QB3K/
<y=ovkM3
PZOKrW
template < int Order > a(x?fa[D
class holder; v3^|"}\q5
template <> 8Qrpa o
class holder < 1 > .iv3q?8.b
{ A WJWtUa
public : {d!Y3+I%G
template < typename T > IgX4.]W5
struct result_1 <^><3U`
{ }T(z4P3
typedef T & result; Wmz`&