一. 什么是Lambda ~Iw7Xq E2
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 rBR,lS$4
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, $]O;D~
gYb}<[O!
{oQ.y
?VVtEmIN
class filler 7S+_eL^
{ h:%L% Y9z
public : Reci:T(_
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} a?&{eMEe}
} ; }s i{
hes$LH
~m4{GzB
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: UOh%"h
\Nd8,hE
CF"u8yE
L<8:1/d\
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); ]!l]^/.
9&(d2
H$GJpXIb
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 -U'3kaX5<
:f1Q0klwP
cO}`PD$i
gzdR|IBa
二. 战前分析 `rt?n|*QF
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。 Hqsj5j2i
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 gKyYBr
EtVRnI@
M3>c?,O)J
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ~ti{na4W<
/* --------------------------------------------- */ JQSp2b@'H
vector < int *> vp( 10 ); >;|~
z\8
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Ih_2")d
/* --------------------------------------------- */ ib$_x:OO"
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); lN@SfM4\
/* --------------------------------------------- */ ! 2]eVO
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); df@r2 /Y
/* --------------------------------------------- */ 6[cC1a3r:
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); vd0;33$L
/* --------------------------------------------- */ ,LD[R1TU8
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 3 *0/<1f1!
1D@'uApi.
fcDiYJC*
P'wn$WE[n\
看了之后,我们可以思考一些问题: (A@~]N,U/
1._1, _2是什么? Z+# =]Kw)
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ^Bkwbj
2._1 = 1是在做什么? `R\aNgCS}
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 iv3=J
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 G.ag$KF
0[ (Z48
(7v]bqfw
三. 动工 AHa%?wb
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: x}acxu 2H7
}ZPO^4H;-
HfQZRDH
/HlLfW
template < typename T > &35 6
class assignment 6I5,PB
{ s"tyCDc.c
T value; 12W`7
public : \U(;%V
assignment( const T & v) : value(v) {} .Oh4b5
template < typename T2 > Zq,[se'nh"
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } EL--?<g
} ; ]f%yeD
LYYz =gvZl
(4;m*'X
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 (Nzup3j
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment b#h}g>l
+0{$J\s
Rv-`6eyAA
%Y0,ww2
class holder wNNInS6
{ 0[/GEY@
public : R&lJ& SgC
template < typename T > T4
:UJj}
assignment < T > operator = ( const T & t) const )9oF?l^q
{ j<BW/
return assignment < T > (t); CxvL!ew
} PTt#Ixn,
} ; @e`%'
REEs}88);'
FabDK :
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: {Kbb4%P+h
@y"/hh_?
static holder _1; F_<n8U:Y
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 df85g
pJnT \~o
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 6"OwrJB
而不用手动写一个函数对象。 \B72 #NR
.dbZ;`s
%S'gDCwq
0@O:C::
四. 问题分析 >g {w,
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 b8QQS#q)V
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 7?1[sPM
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 xOKLc!J
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ]U4)2s
下面我们可以对这几个问题进行分析。 x6h';W_ 8
@pV~Q2%
五. 问题1:一致性 Lo<-;;vQ
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| vZ&{
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ZmXO3,sf)
*6C ]CS
struct holder j3W)
{ xE.yh#?.k
// ?QJS6i'k
template < typename T > hggP9I:s,
T & operator ()( const T & r) const IasWm/
{ Rhfx
return (T & )r; d ynq)lf
} 5{PT
} ; /i[1$/*
88]4GVi
这样的话assignment也必须相应改动: NZ|(#` X
r bfIH":
template < typename Left, typename Right > cs-wqxTX[$
class assignment ?W27
h
{ 3|se]~
Left l; |H .
Right r; kWSei3
public : qk+RZ>T<o
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} dcn/|"jr
template < typename T2 > Ifx
EM
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } t.s;dlx[@
} ;
*v}3So
8@)4)+e
同时,holder的operator=也需要改动: #;+ABV
'5usPD
template < typename T > Qm(KvL5
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const G`D~OI
{ 9%^IMUWA
return assignment < holder, T > ( * this , t); ji&%'h
} ~;QzV?%
q{c/TRp7
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。 }hm"49,O
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 3*v&6/K
Gg,&~
jHib
return l(rhs) = r; mw!EDJ;'
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。 '(6
^O=
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ~43T$^<w;
FD1Z}v!5IJ
template < typename Tp > .='hYe.
class constant_t "0V8i%a
{ _rN1(=J
const Tp t; <N~&Leh
public : -W\1n#J
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} [_X.Equ
template < typename T > (K74Qg
const Tp & operator ()( const T & r) const s(?A=JJ
{ c %f'rj
return t; v PJ=~*P=
} 1y{@fg~..
} ; R'z
-#*[
ir?Y>
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 GV"X) tGo
下面就可以修改holder的operator=了 V,?BVt
c]x'}Kc
template < typename T >
L7rEMq
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 4k]DktY}.
{ V."qxKsz
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); qt.Y6s:r_
} ;,2;J3,pA
D8O&`!mf
同时也要修改assignment的operator() jTh^#Q
T1_qAz+
template < typename T2 > *?`<Ea
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } uO{'eT~
现在代码看起来就很一致了。 c`M
,KXott
+8zCol?j
六. 问题2:链式操作 P-LdzVt(^
现在让我们来看看如何处理链式操作。 )zMsKfQ
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 |9;MP&68
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 qN@-H6D1=
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 _yu_Ev}R
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Mv 1V
Vk
1=^edQ+
template < typename T > BIn7<.&
struct result_1 ;XDGlv%
{ R]xXG0
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; *B0
7-
} ; +]*hzWbe
VUbg{Rb)
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: k0>]7t$L
6?uo6 I
template < typename T > lD]/Kx
struct ref ){M)0,:
{ bmd3fJb`r
typedef T & reference; |Ev VS
} ; J69B1Yi
template < typename T > UPr8Q^wm
struct ref < T &> g>&b&X&Y_
{ QP={b+8
typedef T & reference; yrCY-'%
} ; :h!&.FB
;R4qE$u2^
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: bi<?m^j
JXNfE,_
template < typename T > :WM[[LOaC
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const wx*)7Y*
{ ;z3w#fNMv
return l(t) = r(t); Yd>ej1<
} Xt%>XP
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。 \|< 5zL
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 iL\eMa
j%TcW!D-_
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 QBwgI>zfS"
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: j{ :>"6
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 _N2tf/C&=
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 /2jw]ekQ'
最后的布局是: dZi?Z
Add z&W5@6")`
/ \ o0`|r+E\
Divide 5 k,M%"FLQ
/ \ =3R5m>6!/
_1 3 f !D~aJ
似乎一切都解决了?不。 'du{ky
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。
U%zZw)
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。 oHvVZ
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: $9In\x
\Bg?QhA_D
template < typename Right > `xm4?6
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const `GQ'yv
Right & rt) const Qf<@
:T*
{ vb1Gz]~)>
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); [;*Vm0>t
} 4&a,7uVer
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 %Tvy|L
,
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 cUPC8k.1
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 mO~A}/je
最后,如何把这些函数塞到各个functor的声明里边呢?当然可以用宏,但是。。。大家都知道这样不好。 O%R*1
P9
除了宏之外还可以用的方式就是继承。我们可以写一个类叫做picker,该类实现了所有的如上的产生函数。然后让所有的functor继承自它。 "<LVA2v;
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? |8<P%:*N
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: 0//B+.#
tc4"huG
template < class Action > }+3IM1VTW{
class picker : public Action #5a'Z+
{ c=Y8R/G<
public : " +n\0j;
picker( const Action & act) : Action(act) {} @!MhVNS_<
// all the operator overloaded /'uFX,
} ; SPEDN}/^
/N?vVp
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 v<SCh)[-p
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: @b,&b6V
yDn8{uI
template < typename Right > /`"&n1
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const I[$SVPe#
{ 9YjO
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); e|&}{JP{[
} @*}?4wU^k
SGUu\yS&s
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 5J 0Sc
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。 ]%8f-_fSy
;;cPt44s
template < typename T > struct picker_maker Y#[>j4<T
{ bo%v(
typedef picker < constant_t < T > > result; oY$L
} ; fj,]dQT
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > <z+b88D
{ 5lp};
typedef picker < T > result; /H m),9NN
} ; ^>H+#@R
xM6v0U a
下面总的结构就有了: SF#Rc>v
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 K,o@~fj
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 'CkN
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 gJv;{;%
至此链式操作完美实现。 Il&}4#:
8fI&-uP{g
LNR~F_64Q
七. 问题3 |'bRVqJ
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 5[{#/!LX)
MaX:oGF,
template < typename T1, typename T2 > rt5eN:'qY
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const wWU5]v
{ 5f'<0D;K
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); C1YG=!
} xU5+"t~
PiTe/
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: _o-lNt+
:a#pzEK
template < typename T1, typename T2 > u|'}a3
struct result_2 Bt\z0*t=s
{ i8Y$cac!
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ^& R
H]q
} ; Ad@Odx=o*R
5?()o}VjAO
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? 3{;W!/&>
这个差事就留给了holder自己。 Es~|:$(N]|
5_}e?T&s
!Ui"<0[,
template < int Order > 01P ~K|s
class holder; :?}U Z#
template <> l*+5WrOS
class holder < 1 > _P]!J~$5
{ h)746T )
public : P4~=_Hh
template < typename T > %^C.e*
struct result_1 &