一. 什么是Lambda S)0bu(a`Z,
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 Y@S?0
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, LyB$~wZx~@
&!{wbm@
Gd~Xvw,u
U$`)|/8
class filler >_biiW~x :
{ qK4E:dD
public : %8T:r S
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} {daNw>TH
} ; h
!~u9
O]n"aAu@
}V3p <
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: _=_]Yx
pX]*&[X?
{37DrSOa
S< <xlW
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); |*N.SS
OjCT*qyU<
+SmcZ^\OZ
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 HB4Hz0Fa
[ed%"f
%T UljX K}
! G%LYHx
二. 战前分析 0C}7=_?
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。 MO:##C
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 QK\QvU2y
ZbYwuyHk(3
@\_tS H
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); }`$:3mb&f
/* --------------------------------------------- */ aho;HM$hjP
vector < int *> vp( 10 ); .BXZ\r`
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 1V?}";T
/* --------------------------------------------- */ 'f<0&Ci8
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 8 F'i5i
/* --------------------------------------------- */ k3[
~I'
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); QJo)
/* --------------------------------------------- */ Xu$xO(
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); -pj&|<
h+9
/* --------------------------------------------- */ ke~O+]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); _y)#N<
J[UL
f7:
y'Xg"
+7o3TA]-
看了之后,我们可以思考一些问题: e+=Oj o#
1._1, _2是什么? kRskeMr:Rd
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ~\K+)(\SNp
2._1 = 1是在做什么? "gdmRE{x
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ASAz<H$
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。 >.PLD} zE_
Q/iaxY#
mqk~Pno|<
三. 动工 KMznl=LF
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: (@O F
Wc"p
.F.4fk
l_u1 ~ K
_{,e-_hYM
template < typename T > MyuFZ7Q4$
class assignment :gb7Py'C
{ @5zL4n@w
T value; +J$[RxQ#
public : F5.Vhg
assignment( const T & v) : value(v) {} )KR9al f3
template < typename T2 > !5 %c`4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } _p7c<$;
} ; kAf:_0?6
PP&AF?C
GFx>xQk
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 &^1DNpUZ
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ~LHG
IZ3w.:A
^MUtmzh
]BCH9%zLj
class holder gOO\` #
{ Hbx=vLQ6
public : +"T?.,
template < typename T > Yv9(8
assignment < T > operator = ( const T & t) const G[6V=G
{ ?`,UW; Br6
return assignment < T > (t); 52K3N^RgR
} 6ndt1W
z
} ; >t?;*K\x"
" 9 h]P^
(C,PGjd
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: V?HC\F-
fT/;TK>z>
static holder _1; 2M=
gpy
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 _7]* 5Pxo
I9ubV cV8
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2@1A,
而不用手动写一个函数对象。 &K)c*'l
{Rjj
[1dlV/
RMmDcvM"k
四. 问题分析 <;+&`R
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。
N4}/n
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。
EdE,K1gD
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 >I8R[@
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 qWtvo';3
下面我们可以对这几个问题进行分析。 5>"$95D
JpxJZJ
五. 问题1:一致性 uOs
8|pj,
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?| 0~R0)Q,
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ,K6s'3O(LW
{G/4#r
2>
struct holder ?H0 #{!s
{ &I:5<zK{
// 3F[z]B
template < typename T > 1N1MD@C?P
T & operator ()( const T & r) const 7
\!t/<
{
C*b!E:
return (T & )r; yiSv#wD9
} <:2El9l!
} ; $dgY#ST%
z(aei(U=
这样的话assignment也必须相应改动: y0M^oLx
t@>Uc`%
template < typename Left, typename Right > |OUr=b
class assignment W'-B)li
{ @.a[2,o_
Left l; <E|i3\[p
Right r; :o&qJ%
public : uYhm
F p
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} {XC# -3O
template < typename T2 > c#
U!Q7J
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ^|Of
} ; &o=
#P2Qd
5<GC
同时,holder的operator=也需要改动: =" #O1$
k!>MZ
template < typename T > tVvRT*>Wb
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const VjBV2 x
{ PiMh]
0
return assignment < holder, T > ( * this , t); )Pakb!0H@t
} lDnF(
s|dcO
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。
0[7\p\Q
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ,Za!
^0R.'XL
return l(rhs) = r; F>%~<or
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。 * h!gjbi
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: {PnvQ?|Z
Z[RE|l{
template < typename Tp > =[FNZ:3
class constant_t :,Q\!s!
{ ly7\H3
const Tp t; {k%*j 4
public : ']4b}F:}
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} b\Y<1EV^[
template < typename T > WOrz7x
const Tp & operator ()( const T & r) const )AEJ`xC
{ x?9rT 0D
return t; BRPvBs?Q,{
} s%2 w&Us*
} ; IKMkpX!]
R7r` (c!
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 HJo&snT3
下面就可以修改holder的operator=了 NBwxN
$d3al%Uo
template < typename T > GF*8(2h2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const X9K@mX
{ )gYsg
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 0D+[W5TB
} Wl/oun~o
7+0Kg'^+n
同时也要修改assignment的operator() "-88bF~
I} m\(TS-"
template < typename T2 > Ly"u }e
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } eY)ugq>'
现在代码看起来就很一致了。 pwtB{6)VH{
oDogM`T`
六. 问题2:链式操作 {`2! 3= "
现在让我们来看看如何处理链式操作。 \1cay#X
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。 ig5
d-A
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。 SU~t7Ta!G
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。 P$ZIKkf
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct !K-lO{Z^
~[l6;bn
template < typename T > fb3(9
struct result_1 4{=zO(>
{ 0+L:+S
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; D1rXTI$$
} ; {4J:t_<nKO
zP$0B!9
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: IL;JdIa
epuN~T
template < typename T > j*+[=X/
struct ref {AUhF}O
{ mSF>~D1_
typedef T & reference; Sio^FOTD
} ; 0tyoH3o/d
template < typename T > ]rGZ
struct ref < T &> )c!7V)z
{ "HX,RJ
@^K
typedef T & reference; qM=
$,s*
} ; y (@j;Q3(r
ySAkj-< /P
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: .<7M4Z
@SeInew;`l
template < typename T > oS6dcJHf
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const B( r~Nvc
{ go >*n\
return l(t) = r(t); 9'nM$a
} N3dS%F,_
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。 TgMa!Vz
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 g@0<`g
Z>hS&B
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 ZeM~13[
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: [d
30mVM
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 }MQNzaXY^
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ere h!
最后的布局是: &\tD$g~"
Add =h5&:?X
/ \ g~EN3~
Divide 5 7X
4/6]*
/ \ [A~n=m5H
_1 3 k{\wjaf)
似乎一切都解决了?不。 DwSB(O#X
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。 DEJ0<pnQr
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。 p[oR4 HWr
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: <L'!EcHm%]
1g_p`(
template < typename Right > 5&A{IN
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const _G3L+St
Right & rt) const N{+6 V`\
{ :&Sv jJR
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); p G|-<6WY
} VWhq+8z
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 |Y|6`9;
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。 QAGR\~
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。 j IO2uTM~
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。 zplAH!s5''
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。 =u\W{1
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? c{.y9P6
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: ByyvRc,v
mnzB90<
template < class Action > *<r\:g
class picker : public Action P+ejyl,
{ #h=pU/R
public : WO;2=[#O;
picker( const Action & act) : Action(act) {} lU?8<X
// all the operator overloaded /Ne;Kdp
} ; 78M%[7Cq<i
.X1xpi%
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。 7sypU1V6
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: ]bcAbCZ@
7Eb |AR
template < typename Right > +"} #4
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const B`{7-Asc1
{ O q3aboAt
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); D[jPz0
} Z$*m=]2
,8.Fd|#L
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 813t=A
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。 (1%O;D.*?{
N>V\
template < typename T > struct picker_maker ,zF^^,lO7
{ ?uAq goCl
typedef picker < constant_t < T > > result; A4K8DP
} ; y26?>.!
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 6(pa2
{ 0*J},#ba$
typedef picker < T > result; Pzt5'O@dA
} ; \9t/*%:
idzc4jR6BT
下面总的结构就有了: F)8M9%g5m
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。 shkyN
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。 {!0f.nv
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 wXR7Ifrv
至此链式操作完美实现。 "udA-;!@&
\wR;N/tg
'@6O3z_{
七. 问题3 R6m6bsZ`
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。 "!S7D>2y#
R1cOUV,y[/
template < typename T1, typename T2 > )L+>^cJI<
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const J;DTh ]z?:
{ ntr&