一. 什么是Lambda VS/;aG$&y
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 ~S(^T9R
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, mgkyC5)d
pvXcLR)L+3
^i_Iqph=
{8NwFN.
class filler 3#.\
{ M1u{A^d.Z
public : W."f8ow
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} -)w]a{F
} ; .`C
V^\
@Z\~
S]2 {ZDP
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: (a{ZJI8_
NW.XA! =E)
0\a8}b||
[N|xzMe
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); {0's~U+@
g*-2*
\
N\R=cwk
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 Rrqg[F +
kR6A3?[
F!8=FTb
,86K
二. 战前分析 /)V4k:#b
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 fA8ozL T
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 uu}-"/<~7
wRVD_?
30 7fBa
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); YU\Gj S~>&
/* --------------------------------------------- */ \{PNw F?
vector < int *> vp( 10 ); ?q%b*Ek
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); C+l?k2
/* --------------------------------------------- */ V-vlTgemwc
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); <TjBd1
/* --------------------------------------------- */ k:P$LzIB
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); %2yAvGa1
/* --------------------------------------------- */ ]*ov&{'
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); D<nxr~pQ
/* --------------------------------------------- */ !A[S6-18%-
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); c#\-%h
AMk~dzNt
pT=2e&
xv0M
看了之后,我们可以思考一些问题: $!`L"szqD*
1._1, _2是什么? 5G?.T?
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 o=9'
2._1 = 1是在做什么? YsAF{
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 RG?MRxC
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ,h!X k
aJ2H.E
@}eNV~ROu
三. 动工 R$xY8+}V
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: c$#GM57V
.3g&9WvN!Z
&|=?acv
4 =Fg!Eu<
template < typename T > :QKb#4/8;
class assignment j)6G7T|
{ WEVl9]b'e+
T value; #Wx=v$"
public : OROqT~6G
assignment( const T & v) : value(v) {} rv?!y8\
template < typename T2 > 2nx9#B*/T
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } WF)s*$'uz;
} ; r~[B_f!
K\X: G-C9
|#cAsf_{
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 9cOx@c+/
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment yqBa_XPV8
l"L+e! B~
>a9l>9fyY
I Tn;m
class holder qC.i6IL
{ 0Bu*g LY
public : NUu;tjt:
template < typename T > LR\zy8y]
assignment < T > operator = ( const T & t) const Nu+wL>t
{ qT0_L
return assignment < T > (t); `
@>ZGL:
} xA9V$# d|
} ; i+RD]QL
'Q`C[*c
^;64!BaK
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: h60\ Y 8
-eq=4N=s
static holder _1; sU*3\
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 UKYupLu5
Zsk?QS FE
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); s*+ZYPk
而不用手动写一个函数对象。 /h-6CR
Ka
tGqQJT#mr7
54wM8'+
4ac1m,Jlt
四. 问题分析 FpC~1Nau
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。 &vkp?UH
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。 f MzYFM'i
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 lrn+d$!@
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 Zx9.p Fc"
下面我们可以对这几个问题进行分析。 -3`Isv
9;pzzZ
五. 问题1:一致性 X?kPi&ru
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| %Il ;B~t
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 3z$HKG
RSFJu\0}N
struct holder FSVS4mtiX\
{ ^
`E@/<w8
// aulaX/'-_
template < typename T > {NY]L==H
T & operator ()( const T & r) const N[]U%9[=2F
{ -g<cinNSp
return (T & )r; tnNZ`]qY
} Lv^a+'
} ; # a.\P.{L
Kf&r21h
这样的话assignment也必须相应改动: S8vx[ <
6_Fpca3L
template < typename Left, typename Right > UMv"7~
class assignment 0tSA|->(
{ j]#wrm
Left l; jPj2
Right r; KKV)DExv?
public : f{f_g8f[
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} !HvGlj@(|
template < typename T2 > CR.bMF}
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } `M,Nd'5&|
} ;
a2[8wv1
$xQ"PJ2
同时,holder的operator=也需要改动:
srvYAAE
|
[p68v>
template < typename T > :"y0oCu7`W
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 98jD"*W5
{ XEa~)i{O
return assignment < holder, T > ( * this , t); 2[XltjO
} `|uoqKv
~DK F%}E
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。 Bmmb
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 Wf_CR(
5a8JVDLX^
return l(rhs) = r; H'D#s;SlR
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。 HqB|SWyK
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: VVgsLQd
yW[L,N7d
template < typename Tp > _jiQL66pY
class constant_t m\/>C|f\
{ `3]Rg0g&Xe
const Tp t; tx gvVQ
public : $R8>u#K!
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} @pTD{OW?
template < typename T > SHytyd
const Tp & operator ()( const T & r) const O{Dm;@J-aM
{ *O!T!J
return t; Jk%'mEGE
} o; 6fvn
} ; 9/FG,9
keq r%:E8
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 :EYu 4Y
下面就可以修改holder的operator=了 4c
#_on{I
template < typename T > ]s f2"~v
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const zoJ_=- *s
{ Wk7L:uK
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); P=&'wblm?
} 2%`^(\y
P"oYC$
同时也要修改assignment的operator() |)m*EME
#,7eQaica
template < typename T2 > n9N#&Q"7m
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } $+A%ODv
现在代码看起来就很一致了。 'y'T'2N3
,LoMt ]H
六. 问题2:链式操作 &b5T&-C<
现在让我们来看看如何处理链式操作。 #Tup]czO
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。 /A%om|+Gq
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。 ?s1u#'aO
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。 71JM
[2
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct M' a&
GU:r vS!
template < typename T > ,}eRnl\
struct result_1 sM#!Xl;
{ 14mXx}O
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; x%_qJ]o
} ; P'-JbPXU
9Q,Msl4n
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: ^fFtI?.6jI
s"pR+)jf1D
template < typename T > YgO aZqN
struct ref *?EO n -
{ (~q#\
typedef T & reference; Pz5ebhgq
} ; IOSuaLH^
template < typename T > V?U%C%C|e
struct ref < T &> 0@II&
{ (45NZBs
typedef T & reference; <QYCo1_
} ; +vSCR(n
*p" "YEN
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: `G_(xN7O
CP c"
template < typename T > *i=?0M4S
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const I;`Ko_i
{ 04I6-}6
return l(t) = r(t); ~AEqfIx*^&
} L4\SBO
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。 ipx@pNW;"
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 } l :mN
t}5'(9
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 ,:0Q1~8
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是:
ZAI1p+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 2neF<H?^o
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 >P<k[vF
最后的布局是: Ymwx(Pm
Add kS@9c _3S
/ \ I>A^5nk
Divide 5 bs<WH`P
/ \ =XZF.ur
_1 3 U@o2gjGN
似乎一切都解决了?不。 OVDMC4K2z!
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。 :6 Hxxh
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。 o 8~f
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
ybl;u
&