一. 什么是Lambda _Gq6xv\b1
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 zx%WV@O9
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, V<UChD)N`
-Fd&rq:GB(
vS\ 2zwb}
yD~,+}0)
class filler $6Q^ur:
{ V~/G,3:0y%
public : VaD+:b4
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} _CHzwNU
} ; I4"p]>Y"
qS\#MMsTd
<kFLwF?PM'
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: [eD0L71[
[XY%<P3D
J-
S.m(
|BFzTz,o
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); T^7Cv{[
s21}
a,eB
^($'l)I
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 xuvW6Q;
J[<Zy^"Y;
jTR?!Mt0
D#LV&4e>.E
二. 战前分析 YJv$,Z&;HO
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。 {]+t<
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 Sy VGm@
Wu{=QjgY
eMRH*MyD
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); >>J3"XHX
/* --------------------------------------------- */ 5(H%Ia
vector < int *> vp( 10 ); upuN$4m&{
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); W+&5G(z~
/* --------------------------------------------- */ d AcSG
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); _H]^7`;
/* --------------------------------------------- */ ]"_c-=
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); }AS/^E
/* --------------------------------------------- */ ]QaKXg)3q
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); LJ[zF~4#
/* --------------------------------------------- */ B)Y[~4o
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); MOD&3>NI
=3X>Ur
M<Wi:r:
#`u}#(
看了之后,我们可以思考一些问题: gko=5|c,@
1._1, _2是什么? lndz
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 N_T5sZ\
2._1 = 1是在做什么? ~`AB-0t.u
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 e\C-a4[C8P
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 dQ8RrD=$&
U:TkO=/>:
{T-\BTh&Q
三. 动工 ZoXz@/T
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: n>}Y@{<]/
`r}_92Tt
fc+-/!v
<;Hb7p3N
template < typename T > zhw*Bed<
class assignment B!/kC)bF:
{ =R=V
T value; _BP%@o
public :
^f,4=-
assignment( const T & v) : value(v) {} !Axe}RD'
template < typename T2 > !}!KT(%%
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } :C_/K(Rkl
} ; (C.
$w
1(Is
7
nNCR5&,q
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 )P(S:x'b0
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Q("m*eMRt
uU 7 <8G
WPRk>j
h q7f"`
class holder G0 EXgq8
{ P7-k!p"
public : BsFO]F5mmX
template < typename T > "IU}>y>J
assignment < T > operator = ( const T & t) const {P6Bfh7CZ
{ :Tpf8
return assignment < T > (t); uJ2ZHrJ
} H7'42J@
} ; \$_02:#
"zcAYg^U
6!]@S|vDX
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: @_C]5D^J^~
&`qYe)1Eo
static holder _1; TAUl{??,
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 4+hNP'e
aA4RC0'
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); iAH,f5T
而不用手动写一个函数对象。 t5E$u(&+'B
:XY%@n
wG)e8,#
a
Y)vi$;]
四. 问题分析 c$ /.Xp
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。 ^dpM2$J
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 w<B
S
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 'aEK{#en
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 TIJH}Ri
下面我们可以对这几个问题进行分析。 1e[?}q]*
x~5,v5R^]
五. 问题1:一致性 8~(,qU8- N
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| \r
IOnZ.WK
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 Hpix:To
,&,%B|gT]
struct holder 1R}9k)JQ
{ *R+M#l9D`
// 1<vJuF^
template < typename T > wxHd^b
T & operator ()( const T & r) const -dovk?'Gj
{ y7pBcyWTE=
return (T & )r; OFr"RGW"
} 9C \}bT
} ; ]lA}5
2@MpWj4
这样的话assignment也必须相应改动: B5 /8LEWw
"1gIR^S%9
template < typename Left, typename Right > s#5#WNzP
class assignment ^!B]V>L-
{ diNSF-wi,,
Left l; V<WWtu;3
Right r; p|gVIsg[-e
public : C1{Q 4(K%
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} "S#$:92
template < typename T2 > [,Ul
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } \Yj_U'2"i
} ; <p<6!tdO
fa]8v6
同时,holder的operator=也需要改动: Ia%cc
L=
e5AsX.kvB
template < typename T > 3DO*kM1s@
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const J?{sTj"KB
{ 9 5!xJdq
return assignment < holder, T > ( * this , t); ED8{
} Q.$/I+&j
P>q~ocq<
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 U>kaQ54/
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 nP*DZC0kE&
06HU6d,
return l(rhs) = r; ?MywA'N@x
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 7J3A]>qU
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: kmBA
_L)LyQD]T
template < typename Tp > 8o:h/F
class constant_t ]iTP5~8U
{ ;LgMi5dN
const Tp t; T^eD
public : yE
N3/-S+
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} I 8i|tQz
template < typename T > c
k[uvH
const Tp & operator ()( const T & r) const )PR`irw
{ <,O|fY%
return t; y=9fuGL6
} 9+(6/<
} ; KOR*y(* 8
EiD41N
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Y|mtQE?c
下面就可以修改holder的operator=了 kK6t|Yn&
[6K[P3UZx
template < typename T > !gyW15z'
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const '~yxu$aK
{ O\q6T7bfRW
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); !*DYdqQ/
} Y, Lpv|
WTD86A
同时也要修改assignment的operator() DCa=o
\|vo@E
template < typename T2 > p}~Sgi
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ymrnu-p o
现在代码看起来就很一致了。 ,4,Bc<
?pQ0*
O0
六. 问题2:链式操作 'ym Mu}q
现在让我们来看看如何处理链式操作。 DQ$m@_/4w
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。 l^tRy_T:-
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{!9f=^
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。 BSkmFd(*
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct n2o)K;wW+
,W'P8C
template < typename T > ;<o?JM
struct result_1 @@3NSKA
{ $2]>{g
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; BQ,749^S
} ; f^}n#
4<<eqxI$|
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: Wf?[GO
BC#`S&R
template < typename T > :V6t5I'_
struct ref ?;w`hA3ei
{ o=![+g
typedef T & reference; #3>jgluM'
} ; N:KM8PZ&~
template < typename T > hw`pi6
struct ref < T &> w$]wd`N}
{ U$@}!X
typedef T & reference; 4QC_zyTE
} ; 1D1kjM^Bo
8YPX8d8u
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: mxH63$R
jU 3ceXV
template < typename T > ijcF[bmE
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const K{Nj-Rqd
{ @G>eCj
return l(t) = r(t); =^zGn+@z
} Fv(FRZ)
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。 b5~p:f-&4B
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 iu0'[
I(3YXv
VN
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 ]"O*&
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: ~md06"AYJ
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 h8k\~/iJ
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 h0x'QiCc
最后的布局是: Jz0AYiCq
Add _/ 5
/ \ 3k8nWT:wT
Divide 5 <h|&7
/ \ %"#ydOy
_1 3 L*rCUv `
似乎一切都解决了?不。 D\-DsT.H
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。 .f[z_%ar
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。 Gf!c
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~HA
ad,k
Yp3 y%n
template < typename Right > #l* w=D?
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const M)JozD%
Right & rt) const Ag{)?5/d_
{ $E8}||d
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); C%%gCPI^y
} s[7/w[&
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 '"hSX=
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 ;i [;%
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 IW}Wt{'m
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 @eESKg(,
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 jW^]N$>
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? .Y!dO@$:
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,q;]C%
I4<_y5
template < class Action > ZBH^0
class picker : public Action YJDJj
x
{ AnE]
kq u
public : @d0~'_vtB
picker( const Action & act) : Action(act) {} 0a!|*Z
// all the operator overloaded W8-vF++R
} ; t3v_o4`&
X_3hh} =
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。 wZ`*C
mr
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: +'w6=qI
%n,_^voE
template < typename Right > DHvZ:)aT}
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const A&jR-%JG
{ $EdL^Q2KAy
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); fU.z_T[@
} (_N(K`4#W
U9\w)D|+eE
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > s|[qq7
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 <&((vrfa
3/c%4b.Z
template < typename T > struct picker_maker s I 0:<6W
{ *k?y+}E_f
typedef picker < constant_t < T > > result; M`*
BS
} ; fCX8s(|F
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > v4X ` Ul*
{
# xX
typedef picker < T > result; @'Pay)P
} ; `0+-:sXZ6
: S-{a
下面总的结构就有了: wq8&2(|Fc
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 h>Z`&
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 wT,=C'
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 va"bw!zXo*
至此链式操作完美实现。 9@nd>B
L{XW2c$h
[{>1wJ Pdj
七. 问题3 g^jTdrW/s
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。 X<v1ES$
_1YC9}
template < typename T1, typename T2 > =?\%E[j
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const ^oE#;aS
{ >$a;+v
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); g<$2#c}
} I;UT;/E2
}YM[aq?6
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: m G+=0Rn^
CZ{7?:^f
template < typename T1, typename T2 > ^/}&z