一. 什么是Lambda v`evuJ\3
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 91|=D
\8aE
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, % FW__SN$c
AHX_I
]@_M)[ x
WL(u'%5
class filler (cJb/|?3
{ "?a(JC
public : f@&C
\
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 'eg?W_zu
} ; Ub(zwR;
Ex^|[iV
MFO}E!9`q
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: sI4Ql0[
nV'~uu
pn?c6KvO
.PBma/w
W
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); {FyGh
*/
uSp=,2)
l1On .s
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 +Z[(s!
#]bWE$sU<
d51l7't
qYZ\<h^
二. 战前分析 Iu`eQG
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。 TZL)jfhj
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 >v^Bn|_/
H)aeSF5
-:wC920+
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ?'uxYeX6
/* --------------------------------------------- */ '}h[*IB}5
vector < int *> vp( 10 ); J/Ki]T9
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ma.yI};$
/* --------------------------------------------- */ CI$pPY<u1
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); R4=n">>Q
/* --------------------------------------------- */ vQCRs!A
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); fwB+f`w`
/* --------------------------------------------- */ )P>Cxzs
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); k6-.XW
/* --------------------------------------------- */ eKV^ia
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 44_7gOZ
Q-78B'!=
r
J'm>&Ps
hp?hb-4l
看了之后,我们可以思考一些问题: #7K&x.w$
1._1, _2是什么? \v.16o bH
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。 diN5*CF'~
2._1 = 1是在做什么? .nX+!EXeS
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。 :=x-b3U
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。 l%]S7|PKx
l%@>)%LA
N9IBw',
三. 动工 Q.:SIBP
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: JI-q4L|
Mrpn^C2)
Z"rrbN1
R:HF~}
template < typename T > z;`o>Ja2
class assignment pcIJija:
{ )HWf`;VQ
T value; b}63?.M{
public : bm9@A]yP
assignment( const T & v) : value(v) {} _:F0>=$
template < typename T2 > jeM % XI
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } J{c-'Of2yi
} ; 6c-y<J+&s
a!YpSFr
]&%_Fpx
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 L/,#:J
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment A+i|zo5p=k
td{M%D,R"
{p&M(W]
Stqlp<xy
class holder ;A)w:"m
{ "e<Z$"7i
public : mEsOYIu{
template < typename T > +$R4'{9q
assignment < T > operator = ( const T & t) const k@r%>Ul@
{ #`R`!4
return assignment < T > (t); |#^##^cF/
} F8{"Rk}
} ; wRu+:<o^.
%7WQb]y
E _d^&{j
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: YSi[s*.G
Z%_"-ENT
static holder _1; 2t'^
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 t,|`#6 Ft
t.'| [pOV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); =8BMCedH|
而不用手动写一个函数对象。 kc#<Gr&Z&
.*+?]
aq/'2U 7
()L[l@m
四. 问题分析 Z9rmlVU6!
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。 gaeMcL_^a
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!.#:+rg5#
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 )Zx;Z[
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 6^
UQ{P1;
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Y]
Q=kI
IK~'ke
五. 问题1:一致性 2S'{$m)
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| -90qG"@
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ]7SX _:'*
nlv8HC
struct holder E#'JYz@
{ *7MTq_K(An
// 8%-+@\=
template < typename T > s~OGlPK
T & operator ()( const T & r) const Lo"w,p`n@
{ OhUEp g[
return (T & )r; ^&gu{kP
} GF(<!PC
} ; rybs9:_}
k e$g[g
这样的话assignment也必须相应改动: J,@SSmJ`
t+C9QXY
template < typename Left, typename Right > mI5BJ
class assignment 0K/?8[#
{ p(B>
N!:
Left l; ? [~ "$
Right r; tuZA q;X
public : 9='a9\((mH
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 3Yu1ZuIR
template < typename T2 > d4'*K1m
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } khSb|mR)
} ; $#|iKi<Y@j
{J_1.uN=
同时,holder的operator=也需要改动: pv/LTv
px `o.%`'
template < typename T > +n#(QOz
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ){ywk
{ uL`6}0
return assignment < holder, T > ( * this , t); _," -25a
} (;1rM}B;1
Dw\)!,,i7U
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。 6]`XW0{C
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。
U~%V;*|4
>GR L5Iow
return l(rhs) = r; ,:RHhg
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。 '<(S*&s
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: cT8b$P5w
\?n4d#=$o
template < typename Tp > Q<TD5t9
class constant_t O3U6"{yJ)
{ vn5X]U"
const Tp t; KC@F"/h`/
public : R~9\mi5^UH
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} v4X\LsOP
template < typename T > l# -4}95
const Tp & operator ()( const T & r) const D%PrwfR
{ sY @S
return t; >0#WkmRY
} )e,Rp\fY$
} ; x 6=Yt{
K6vF}A|
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 :g1C,M~
下面就可以修改holder的operator=了 hXxgKi%
NF/@'QRT
template < typename T > qU ESN!
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const `R}q&|o7<
{ e|ChCvk
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); QfLDyJv`e
} aD
33!
:y
'o%IA)sF
同时也要修改assignment的operator() os=Pr{
BQ&G7V
template < typename T2 > #bFJ6;g=V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } VBHDI{HzRv
现在代码看起来就很一致了。 pn},o vR;
P)hZFX
六. 问题2:链式操作 9*AH&/EXth
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ROWb:tX}
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。 (%\vp**F
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。 YMlnC7?_/
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。 XYBvM]
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ~;m3i3D
UIhU[f]
template < typename T > ".n,R"EF
struct result_1 NGA8JV/U
{ H9 d!-9I
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; L|O'X4"&_
} ; v]"W.<B,
*2K/)(
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: ]u;Ma
G=;
R`)^eqB
template < typename T > ~Y-
!PZ
struct ref %'}zr>tx:
{ AKKp-I5
typedef T & reference; XkG:1H;Q%
} ; = F!_ivV
template < typename T > E?L^L3s
struct ref < T &> [|
\Z"
{ PL+j;V(<
typedef T & reference; 4$j7DJ8dj
} ; 5PaOa8=2f
MfX1&/Z+
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: '<Nhq_u{
>8I?YT.
template < typename T > pzkl ;"gK
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const m7GM1[?r
{ 9-Y.8:A`
return l(t) = r(t); O
WJv<3
} NJ^H"FLS:
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 qDMVZb-(#
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 av}Giz
j|Q*L<J
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 [Pn(d[$z
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是:
-tQi~Y[]
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 R2]2#3`
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 Y|*a,H"_
最后的布局是: k&|#(1CFY
Add .ZV-]jgr
/ \ =Nyq1~
Divide 5 M_<? <>|
/ \ PRR]DEz
_1 3 1MntTIT
似乎一切都解决了?不。 :A~6Gk92A
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。 S<
TUZ
/;
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。 rA=iBb3`
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: .(RX;.lw
5:oteNc3
template < typename Right > E<
57d,3l
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const _LVi}mM
Right & rt) const ,Pq@{i#
{ n9PCSl j
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); hd~3I4D
} XL10W ^
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 IB'gY0*
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。 "[Z'n9C
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。 GN&-`E]-
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。 a9+l:c@
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。 l r16*2.
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? d*M:PjG@
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: ~8A !..Z
R#K,/b%SV
template < class Action > Ct8}jg"
class picker : public Action cft'% IEs
{ h$[tEmD%
public : +*'^T)sj/
picker( const Action & act) : Action(act) {} q_J)68B R
// all the operator overloaded bL6, fUS
} ; j9voeV|7
%^zGM^PD
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。 `vMrlKq
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: h'wI
v`G [6Z
template < typename Right > rV5QKz6'
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const BEfP#h=hr
{ xE0'eC5n^
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); F\)?Ntj)>@
} lD K<gd
H
N )@sLPc
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > ZLN79r{T
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。 %UO ;!&K
Z7$"0%
template < typename T > struct picker_maker Ig.9:v`
{ )<>1Q{j@
typedef picker < constant_t < T > > result; qs U ob
} ; lk(q>dv K
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 1(nK |
{ :m{;<LRV
typedef picker < T > result; v}>5!*
} ; &_Vd
#P^cR_|\
下面总的结构就有了: O{Y_j&1
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 _d J"2rx
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 P c'0.4
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ZD`9Ez)5
至此链式操作完美实现。 m})EYs1
xO` `X<
UpoTXAD}k
七. 问题3 "m'roU
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 8b!-2d:*
Y}aaW[
template < typename T1, typename T2 > 5@3hb ]J
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const HUuZ7jJwf
{ 9Q. }jV
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); w~lxWgaY7
} ;vkk$
-
Y \oz9tf8
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: ;q;}2
%1jlXa
template < typename T1, typename T2 > kbR!iPM-;
struct result_2 [\|p~Qb)s
{ Mu>WS)1lS
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; /z(;1$Ld6{
} ; ndB [f
^5- 8'9 w
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? $,&3:ke1
这个差事就留给了holder自己。 e ab_"W
!I UH 5
.~L^h/)Gjy
template < int Order > 9D+B~8[SQ
class holder; mY& HK)
template <> V+y yy-/
class holder < 1 > o$[alh;c+W
{ YS|Ve*t(L=
public : B]C 9f
template < typename T > ML= :&M!ao
struct result_1 HT@/0MF{J
{ 0DIXd*oj &
typedef T & result; So^;5tG
} ; ]u(EEsG/
template < typename T1, typename T2 > E5EAk6
struct result_2 fg8"fbG`:
{ g~Hmka_fD1
typedef T1 & result; B+w< 0No
} ; X7~AqG
template < typename T > DFUW^0N
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const q,->E<8
{ bFt$u]Yvo
return (T & )r; 54geU?p0
} }X;LR\^u[f
template < typename T1, typename T2 > #383W)n
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ]!=,8dY
{ nxZ[E.-\
return (T1 & )r1; nsM :\t+
p
} 8E:d!?<^&I
} ; A@I ( &Z
XFx p ^
template <> <`/22S"
class holder < 2 > X$4MpXx
{ 7yDWc m_y
public : ra[*E4P9L*
template < typename T > ,%uK^U.zk
struct result_1 N)tqjq
{ 74u_YA<"
typedef T & result; QT\=>,Fz _
} ; tXWhq
template < typename T1, typename T2 > f(r=S Xa*
struct result_2 UOwEA9q%
{ u#&ZD|
typedef T2 & result; BIM!4MHLA
} ; wm<`0}
template < typename T > I\FBf&~
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const W?
^ ?Kx
{ }+wvZq +c
return (T & )r; d2!A32m
} 5?{ytNCY
template < typename T1, typename T2 > 6bXP{,}Gp
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ;
wpX
{ NUvHY:
return (T2 & )r2; -{tB&V~+v
} HLYTt)f}
} ; 'q:t48&
4*vV9*'!
MkCq$MA
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 %9qG|A,cA
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: 2VgDM6h
首先 assignment::operator(int, int)被调用: lNQ8$b
'. '}
return l(i, j) = r(i, j); BnL [C:|
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) k ='c*`IE
(r ]3tGp
return ( int & )i; {ejJI/o0
return ( int & )j; 5jb/[i^V
最后执行i = j; *co=<g]4KY
可见,参数被正确的选择了。 XC
D &Im
pFZ2(b&
ox2?d<dC6
=%\y E0#
9t1aR*b&@
八. 中期总结 MBO3y&\S4
目前的结果是这样的,为了支持一个操作符,我们需要作如下几件事: +F9)+wT~;q
1。 实现一个functor,该functor的operator()要能执行该操作符的语义 -S7y1 ) 7
2。 在该functor中实现result_1至result_n,其中n是支持参数的最大值。 T/$6ov+K
3。 在picker中实现一个操作符重载,返回该functor AusCU~:>
h ?Ni5
6u'+#nm
" 0&+`7
]0+5@c
*u|bmt
九. 简化 0)?.rthk4S
很明显,要支持一个操作符所要做的工作太多了,而且在每个functor中申明result_1至result_n,可见如果n发生变化,维护的开销极大。 ~G;lEp
我们现在需要找到一个自动生成这种functor的方法。 '^!1A GF
首先,我们注意到result_x的形式很统一。对于各种操作符,其返回值无非下列几种: t5qNfiKC
1. 返回值。如果本身为引用,就去掉引用。 ;ZSJ-r
+-*/&|^等 h)MU^aP
2. 返回引用。 EzXGb
=,各种复合赋值等 <![]=~z$
3. 返回固定类型。 PS13h_j
各种逻辑/比较操作符(返回bool) OjUZ-_J
4. 原样返回。 u$"dL=s!
operator, |K H&,
5. 返回解引用的类型。 wTL&m+xr
operator*(单目) +].Zs<