一. 什么是Lambda &m>sGCZ
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 #, KjJ
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, Uxyj\p
U- a+LS
U<*8KiI
mw*BaDN@Q
class filler TEK]$%2
{ c=}#8d.
public : R}-<ZJe
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} >
v~?Vd(
} ; G-)Q*p{i|
8JU9Qb]L'I
6?3f+=e"~!
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: n!B*n(;!u
Nn_n@K
jd]YKaI
}op0`-Xb
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); K; +w'/{
cq=ker zQ
vThK@P!s
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 _U"9#<
vncak
M%evk4_27
6tPgFa#N
二. 战前分析 E26 zw9d
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。 'TF5CNX
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 fU )@Lj1Wo
1FCHqqZ=
FSs<A@
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); tR,&|?0
/* --------------------------------------------- */ .^fVm
vector < int *> vp( 10 ); LB1AjNJ
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 6,707h
/* --------------------------------------------- */ tf VK
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); +ti_?gfx
/* --------------------------------------------- */ g8JO/s5xV
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); _%xe:X+ M
/* --------------------------------------------- */ UkE fuH
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); RZtY3:FBx|
/* --------------------------------------------- */ Y -Zw'
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); BP& T|s
4pin\ZS:C
@2LpI*]C
5d7AE^SHsH
看了之后,我们可以思考一些问题: U.fLuKt
1._1, _2是什么? 4@b~)av)
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。 aDV~T24
2._1 = 1是在做什么? $S_xrrE#
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。 ig Q,ZY1
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。 $Z{ap
^dR="N
AG3iKk??T
三. 动工 r9nyEzk
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: lo1<t<w`
4jOq.j
@>r3=s.Q
\gBsAZE
template < typename T > ma +iIt;
class assignment ~o_zV'^f@o
{ 8=GgTpO5
T value; eHQS\n
public : 6aw1
assignment( const T & v) : value(v) {} DRDn;j
template < typename T2 > !mjrI "_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } HX;JO[0
} ; ,P%a0\
gMGX)Y ,=/
MO_-7,.y
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 m-<"`:+
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment +E8}5pDt
hJasnY7
g4=6\vg
DY' 1#$;
class holder A_xUP9g@?
{ M-+pYv#&P
public : $kCXp.#k@~
template < typename T > t]PO4GA
assignment < T > operator = ( const T & t) const dd|/I1
{ lL]8~3b
return assignment < T > (t); BBUXoz
} Sh2;^6d
} ; 2}HS`) /
eq(Xzh
&]euL:C
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: itmQH\9 8
e Zb8x
static holder _1; Bvy(vc=UDW
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 6yRxb(
j@b18wZ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); '@Q
aeFm
而不用手动写一个函数对象。 p/GYfa
dU
vJE>H4qPmD
*[?DnF+
jf'#2-
四. 问题分析 \JX.)&>
-
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。 h=Xr J
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。 SpG^kI #
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ?]bZ6|;2
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 #H1ng<QV
下面我们可以对这几个问题进行分析。 (HZzA7eph
T-L;iH~0
五. 问题1:一致性 /92m5p
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?| ZZXQCP6]
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 u teI[Q
|( =`l
struct holder I!;LT+b
{ 5I(gP
// d;kdw
template < typename T > ua-cX3E
T & operator ()( const T & r) const MxXu&.|_
{ i C
nWb
return (T & )r; T;u>]"S
} X)K3X:~L+
} ; ZJxUv
{J
e2v[ma-
这样的话assignment也必须相应改动: 4Fr\=TX
h6dVT9
template < typename Left, typename Right > PB :Lj
class assignment p7A&r:qq#
{ Y M_\ ZK:
Left l; n0T'"i[
Right r; Rj|8lK;,
public : #.(6.Li
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} o!3 -=<^
template < typename T2 > [V5ebj:6w
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ]tVU$9D
} ; hK+Iow-
CjtXU=}A
同时,holder的operator=也需要改动: >g]kbes-\
Q`Q%;%t
template < typename T > ^fLePsmd
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const CE$c/d[N.
{ \V|\u= @H
return assignment < holder, T > ( * this , t); OgiElA.
} pN)9GO5
5_@8g+~
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。 _U.D*f<3)
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 8}\Lt
?Mg&e/^
return l(rhs) = r; @LS*WJ< w-
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。 =8r%zLDw
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: h7NS9CgO
JRkC~fv
template < typename Tp > a{7>7%[
class constant_t ?v>!wuiP
{ *v[WJ"8@
const Tp t; ISI\<qx
public : !_VKJZuH
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 6uCa iPV
template < typename T > G}d-L!YbE'
const Tp & operator ()( const T & r) const ] ZGP
{ y]B?{m``6
return t; nk,X6o9%
} [V ~(7U
} ; ')w:`8Tl
XO+^q9
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 (c ?OcwTH
下面就可以修改holder的operator=了 sv0)sL
G};os+FxF
template < typename T > $R3]y9`?
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 5-M EOy(
{ D9M<>Xz)
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); .7Zb,r
} WG8}}`F|
P#(BdKjM
同时也要修改assignment的operator() tCAh?nR
f"zXiUV
template < typename T2 > {ZiJnJX
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } +85i;gO5
现在代码看起来就很一致了。 l2"{uCcA
ufE;rcYE
六. 问题2:链式操作 nqNL[w6{
现在让我们来看看如何处理链式操作。 `LU[+F8<
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 <H{%`
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 K,{P
b?
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 JsohhkJNGi
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct W 86`R
<R)%K);
template < typename T > .UF](
struct result_1 wQ
/IT}-
{ { O+d7,C
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 8yEN)RqI
} ; YqhZndktX
^'j? {@
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: RKoM49W
D#}t)$"
template < typename T > qPeaSv]W
struct ref @v^;,cu'8
{ 1p&e:v
typedef T & reference; c++GnQc.
} ; .)L%ANf
template < typename T > )Qe<XJH!
struct ref < T &> 1h uU7xuf
{ <d89eV+
typedef T & reference; Ws%@SK
} ; KY5 it9e
/J''`Tf
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: iNj*Gj
N 4Kj)E@
template < typename T > oYOR%'0*m+
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const PrQs_tNi
{ ?S2!'L
return l(t) = r(t); 1RU+d.&D
} mo*ClU7
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。 K0 6 E:
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 4*9WxhJ ]0
b!l/O2
G
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 XEpwk,8*g
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: b&g`AnYT
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 GiS{=+=5
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Y'9<fSn5&
最后的布局是: 0(h'ZV
Add L9bIdiB7
/ \ 6>e YG<y{
Divide 5 y&(R1Y75
/ \ mA" 82"
_1 3 .NX>d@
Kc
似乎一切都解决了?不。 HLYo+;j3|
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。 #- z(]Y,y
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。
1k39KO@
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: <