一. 什么是Lambda `96MXP
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 z|8zNt Ug
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, VG_xNM
}5AA}=
[]G@l. ]W
Q7]bUPDO
class filler {>Hn:jW<.
{ mwutv8?
public : =I0J1Ob
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} f#McTC3C
} ; !0_/=mA^
A,EuUp
n_(f"Uv
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: \}J"`J\Q
uO>pl37@
cB)tfS4)
I9e3-2THfj
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); >Cam6LJ
seVT|z
5<M$ XT
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 +;,X?E] g
%\L{Ud%7
RI<&cgWn+<
R*?!xDJ
二. 战前分析 ^Y%<$IFG
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。 6_&S
?yA
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 vdh[%T,&
V4&a+MJ@
%]1te*_
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); |]~],
/* --------------------------------------------- */ |\xTcS|d
vector < int *> vp( 10 ); Aho-\9/x%
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); L2c\i
/* --------------------------------------------- */ A;k#8&;
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); .u'MMe>^
/* --------------------------------------------- */ D&x.io
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); y;%\w-.\
/* --------------------------------------------- */ M/,lP
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); MDZPp;\)
/* --------------------------------------------- */ 6~l+wu<$
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); N2 t`
SmAii}-jf
rk47$36X
.Fx3WryF
看了之后,我们可以思考一些问题: ++eT
0
1._1, _2是什么? u2IU/z8
^
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 {Iz"]Wh<f
2._1 = 1是在做什么? Y$#6%`*#>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。 O^q~dda
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。 \E'z+0
9
e|[9
] &SmeTe
三. 动工 }:Y)DH%u
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: yMD3h$w3a
-q(*)N5.2
2St<m-&
;U3K@_
template < typename T > >2F9Tz,3
class assignment =?_:h`}
{ j`+{FCB7
T value; 9Wg;M#c2Y|
public : &Xc=PQ:I
assignment( const T & v) : value(v) {} IgRi(q^b-
template < typename T2 > gD;T"^S+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } bM2x
(E\O
} ; %{Obhj;c
&-!$qUli
l](!2a=[
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 Dbb=d8utE
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment e}n(mq
FAdTp.
o+L[o_er
/ U!xh3
class holder I`s~.fZt
{ "3'a.b akw
public : omznSL
template < typename T > 'V8o["P
assignment < T > operator = ( const T & t) const \qTp#sF
{ ^y%8_r&
return assignment < T > (t); #R7hk5/8n}
} 1Y%lt5,*
} ; -0TI7 @
[e_<UF@A*
?B@3A)a
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: tvBLfqIr
=*{7G*tS
static holder _1; |
O 9 b
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 s8'!1rHd
R;fe v
1mE
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ]o8yZ x
而不用手动写一个函数对象。 fqBz"l>5A
k!G{#(++&6
/q8B | (U
q(csZ\e=
四. 问题分析 v$+A! eo
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。 4"\x#
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。 @BPQ >
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 O S#RCN*
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 {:=W)
37U
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Aar]eY\
.wUnN8crQ
五. 问题1:一致性 K:% MhH-
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?| auqN8_+=
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 7HQL^Q
5!pNo*QK
struct holder &ld<fa(w+2
{ :5'hd^Q
// yE.st9m
template < typename T > nf[KD,f
T & operator ()( const T & r) const =T#hd7O`V
{ 8k)*f+1o
return (T & )r; ,1cpV|mAr
} Y]Z&
} ; deq5u>
9P,[MZ
这样的话assignment也必须相应改动: JG&E"j#q
6`%|-o
:
template < typename Left, typename Right > LpI4R
class assignment 2Dt^W.!
{ N"tX K
Left l; ^uphpABpD
Right r; >;F}>_i
public : 5q'b
M
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 0M)\([W9&
template < typename T2 > etUfdZ
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } TXT<6(
} ; ic3Szd^4
Yakrsi/jV}
同时,holder的operator=也需要改动: XH0o8\.
\So)g)K
template < typename T > P[$idRS&
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const }'86hnW
{ Z\]LG4N?
return assignment < holder, T > ( * this , t); 6xY6EC
} }eI9me@Aa
@P>>:002/
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。 8G2QI4
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 lxbC 7?O
M+^ NF\
return l(rhs) = r; kGC*\?<LmR
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。 ^CM@VmPp
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: M,yxPHlN
9YB?wh'S[
template < typename Tp > t-n'I/^5
class constant_t Nf2lw]-G4
{ xls
US'Eo
const Tp t; nr8#;D
public : ,aq>9\pi
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} +fKV/tSWi
template < typename T > ;8
*"c
const Tp & operator ()( const T & r) const ;CoD5F!
{ __1Hx?f
return t; \TnK<83
} {X<_Y<
} ; ;Jb%2?+=!
PMX'vA`
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 #Ye0*`
下面就可以修改holder的operator=了 :cIPX%S
gNZ"Kr o6
template < typename T > `Fe/=]<$
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Sn
7h$
{ k2 _y84;D
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); %KN2iNq
} <g\:By^
aqI m W
同时也要修改assignment的operator() j9w{=( MV
+W$uHQq
template < typename T2 > ,1-idpnX
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } x9t%
现在代码看起来就很一致了。 ~BgYD)ov
,`'A"]"
六. 问题2:链式操作 wlh%{l
现在让我们来看看如何处理链式操作。 qlg.\H:W~
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 0r[a$p>`
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。 W>c*\)Xk !
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。 UF\k0oLz
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct EM1HwapD
D8xE"6T>
template < typename T > k8SY=HP
struct result_1 tu@-+<*
{ N6T
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; 0LIXkF3^1
} ; |oX9SU l
C43I(.2g
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: >{A)d<
D5xTuv9T
template < typename T > :uqEGnEut
struct ref %U.x9UL
{ 6/p9ag]
typedef T & reference; M?<iQxtyb}
} ; .:B0(4Mj
template < typename T > {K|ds($ 5
struct ref < T &> >MhZ(&iD
{ BLt_(S?Z`
typedef T & reference; (JE&1 @
} ; usu{1&g
q[Ey!h)xq
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: hY *^rY'
6Bd:R}yZP7
template < typename T > 0C"2?etMx
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const 7|[Dr@.S
{ C\;%IGn
return l(t) = r(t); t: ,lz8Y~
} C.H(aX)7
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。 *+2BZZwT
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 W'E3_dj+
BvH I}=
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 -- IewW
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: CPY|rV
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 W>,D$
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 2$2@?]|?
最后的布局是: xa
!/.
Add B[f:T%
/ \ 9\E];~"iP
Divide 5 jd"YaZOQ
/ \ :;LaV
_1 3 >m=XqtP
似乎一切都解决了?不。 v0;dk(
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。 ]C|xo.=?]
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。 .Rb1%1bdc
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: N>g6KgX{K
;qUd]c9oi
template < typename Right > s%m?Yh3
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const bHTTxZ-%
Right & rt) const mM+^v[=
{ .\)ek[?
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); NID2$ p
} BHNJH
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 {n<1uh9~$8
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 MRK3Cey} %
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 OKj\>3
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 *Ct
^jU7
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 P`_Q-vu
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? 6$csFW3R
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: X&@>M}
b=L|GV@$
template < class Action > n^|7ycB'
class picker : public Action }Py Z{yS
{ Z%SDN"+'g
public : ?fpI,WFu
picker( const Action & act) : Action(act) {} O31.\ZR2
// all the operator overloaded |+<o(Q(
} ; [W dxMU
k4^!"~<+0
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。 S6_dmTV*
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: 1vqc8lC
w'mn O'%
template < typename Right > wqX!7rD/g)
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const \#"&S@%c
{ q _:7uQ
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); sE^=]N
} 3YEw7GIO-
y99|V39'
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > t-]~^s
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。 xp\6,Jyh
)Oj{x0{\Q
template < typename T > struct picker_maker sX`by\s,
{ ,twm)%caU
typedef picker < constant_t < T > > result; G49`a*Jn
} ; !4$o*{9Lx:
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > e\*N Lj_(
{ S3c%</'
typedef picker < T > result; E1qf N>0Z
} ; ~(^?M
VlxHZ
下面总的结构就有了: g zyi'K<
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 \YsLVOv%:d
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 v.Q+4
k
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 U/\LOIs
至此链式操作完美实现。 N'%l/
r+h$]OJ
irGgo-x
七. 问题3 1%N[DA^<\
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。 jF{\=&fU
ksAu=X:
template < typename T1, typename T2 > njb{
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const >T^BD'z@'
{ O[9A} g2~
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ,sp( (SF]1
} AUr~b3< 6
^F|/\i
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: difAQ<`
{9nH#yv
template < typename T1, typename T2 > v%E!
struct result_2 4Jw_gOY&D
{ @ |(Tg
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; MQo/R,F }
} ; (<Kf
q]P$NeEiZ"
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? }>'1Qg
这个差事就留给了holder自己。 E*}1_,q)
l9{.~]V
|v h{Kb@
template < int Order > YH0utc
class holder; Ve[&_(fP
template <> -8Uz8//A
class holder < 1 > }FC(Z-g
{ M#SGZ~=1r
public : :g)`V4%
template < typename T > _%PEv{H0.
struct result_1 7qhX`$
{ l3YS_WBSn
typedef T & result; [4\n(/
} ; zj#8@gbh+
template < typename T1, typename T2 > c7 O$< F
struct result_2 5
r&n
{ %I%OHs
typedef T1 & result; \7*"M y*
} ; ;:w0%>X^
template < typename T > *<