一. 什么是Lambda M~"93 Q`f^
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 1_V',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, x2@W,?oPm
QsC6\Gt#
_7P#?:h
rFl6xM;F
class filler n[tES6u
{ H;k-@J
public : 9S!
2r
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 5 4vDP 9
} ; x-Ug(/!^
Kjfpq!NYE
iW$f1=i
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: PH6NU&H
au~}s |#
~uRL+<.c
% >}{SS
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); S3F8Chk5
]aqg{XdGt
pj/w9j G6
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 ML-?#jNa<
SU80i`
dWDM{t\}\
\Zbi`;m?
二. 战前分析 {ZR>`'^:
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 hsE Q6
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 R\^XF8n6/
ml\2%07
,,o5hD0V9
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); c$AwJhl^]
/* --------------------------------------------- */ Jh!'"7
vector < int *> vp( 10 ); pon0!\ZT=
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); wr{ [4$O
/* --------------------------------------------- */ K! e51P
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); Ubf@"B
/* --------------------------------------------- */ '3eL^Aq
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); Z&[_8Y5j
/* --------------------------------------------- */ ;fl3'.S[
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 2uy<wJE>
/* --------------------------------------------- */ ocDAg<wo
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ]46#u=y~3
k<i#agq
LktH*ePO
NpN-''B\
看了之后,我们可以思考一些问题: >2[nTfS
1._1, _2是什么? Vb$4'K'
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 A[6D40o
2._1 = 1是在做什么? .M zAkZ=
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Wv4o:_}
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 ]UFbG40Zo
WO<a^g
{
SdM@7%UK
三. 动工 71(C@/J
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: ?@LqrKj11
\2huDNW&
!
X^c2
#Rx|oSc}
template < typename T > iwS55o
class assignment |z%:{
{ }V I}O{
T value; j|X>:!4r
public : Exu>%
assignment( const T & v) : value(v) {} uFl19
template < typename T2 > DSX.84
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 6l,oL'$}P1
} ; %UnL,V9)
)ZqY`by!
gtVnn]Jh
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 6tKCY(#oO+
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment >jH%n(TcC
6(as.U>K
?Ja&LNI9S
E
Zh.*u@^r
class holder #BLmT-cl
{ 75?z" i
public : H\!p%Y
template < typename T > ~P;KO40K
assignment < T > operator = ( const T & t) const P<s0f:".
{ zvAUF8'_
return assignment < T > (t); SG@-b(
} 2T >K!jS
} ; ~+OAAkJ9
XjINRC8^4
=QQTHL{3
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: %S9YjMR@
9Impp5`/B
static holder _1; uW4wTAk;qh
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 A$Tp0v`t
}X?M6;$)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); wcW8"J'AH
而不用手动写一个函数对象。 M`u&-6
op5G}QZ
Tc.k0n%W:b
~8l(,N0
四. 问题分析 .`@)c/<0
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。 yuA+YZ
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。 TcEvUZJ"
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 x_VD9
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 yNc"E
下面我们可以对这几个问题进行分析。 14Y<-OO:
k
@B#\3WNt
五. 问题1:一致性 pB0p?D)n
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?| O~~WP*N
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 SSo7
U
9?J
3G,&
struct holder _`- trE.
{ ckhU@C|=*
// -{O>'9'1A
template < typename T > JVxGS{Z
T & operator ()( const T & r) const +0Z,#b
{ J,SP1-L
return (T & )r; t]14bf$*Q
} B3C%**~:e
} ; YkuFt>U9,
8;\
这样的话assignment也必须相应改动: m]Gxep0%
rU!QXg]uD
template < typename Left, typename Right > 4#"_E:;PQ
class assignment |x#w8=VP-
{ ky#5G-X
Left l; K*id
1YY
Right r; c+A$ [
public : 4-vo R5Fd
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} ]o+5$L,5b
template < typename T2 > [Rxbb+,U
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } p'f8?jt
} ; qSA]61U&
;U)xZ _Ew~
同时,holder的operator=也需要改动: 3Z%~WE;I
W{W8\
template < typename T > }p|S3/G?$!
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const #X t|"Z
{ I 6-.;)McO
return assignment < holder, T > ( * this , t); 0ub0[A
} 0aM&+j\q}
sFbN)Cx
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。 <N'v-9=2jl
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 XDQ5qfE|
wSd|-e
return l(rhs) = r; ;Y9-0W
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。 ?[VL
2dP0
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: MP_LdJM1E
[L ?^+p>
template < typename Tp > .$"13"
class constant_t `~k`m{4.a
{ h
]6:`5-
const Tp t; ;1AXu/
public : m-u0U
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} H5!e/4iz
template < typename T > q/#pol
const Tp & operator ()( const T & r) const J:Idt}@z
{ /nWBo l,
return t; SUC'o"
} E*AI}:or;
} ; @s.civ!Yk
{|{;:_.>
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 'zhv#&O
下面就可以修改holder的operator=了 l9t|@9
Rl{e<>O\^
template < typename T > B&L-Lc2
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const xQ,My
{ s3sPj2e{
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); /
DG t
} ItD&L
))
~YRG9TK
同时也要修改assignment的operator() oH='\M%+
SxI-pH'
template < typename T2 > MSaOFv_Q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } H):(8/>(
现在代码看起来就很一致了。 pf$gvL
B",;z)(%
六. 问题2:链式操作 iY*fp=c9
现在让我们来看看如何处理链式操作。 F}~qTF;H
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。 vzFo"
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。 6UKZ0~R
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。 Jo''yrJpB
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Tx>V$+al
fSF_O}kLp
template < typename T > Marx=cNj
struct result_1 bRD-[)
{ = glF6a
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; V}X>~ '%
} ; 74r$)\q
jS ?#c+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: ShesJj
V+5av Z}
template < typename T > xn=#4:f
struct ref T5Iz{Ha
{ _9C,N2a{C
typedef T & reference; B~B, L*kC2
} ; (YM2Cv{4
template < typename T > s}F.D^^G
struct ref < T &> 1ixBwnp?
{ wxo*\WLe
typedef T & reference; OcLahz6
} ; ;ObrBN,Fu
F0kdwN4;
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: Z4oD6k5oc
c] -
template < typename T > +ib&6IU
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const (q@%eor&}
{ h
S)lQl:^
return l(t) = r(t); #&X5Di[A
} iNr&;
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。 ,N1pw w?
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 ~)pso7^:
N[A9J7}_R
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 q|V|Jl
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: iPdS>ee
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 lAR1gHhJ
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 V :/v
r
最后的布局是: ,rV;T";r
Add }9kn;rb$g
/ \ vmg[/#
Divide 5 K@%gvLa\
/ \ 1-$+@Xl
_1 3 =QK ucLo
似乎一切都解决了?不。 ~b@"ir+g4
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。 Z((e-T#,
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。 vi.INe
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: R^B8** N
g:Q:cSg<
template < typename Right > {n&GZG"f
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 0V?7'Em
Right & rt) const U1 `pY:P
{ 9k\M<jA
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); lid0
YK-
} *j(UAVp
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 b;FaTm@
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。 6"?#E[ #[
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。 X.sOZb?$
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。 g&{CEfw&
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。 m>|7&l_
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? k[)/,1
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: d3\KUR^
;l^'g}dQ^
template < class Action > :}2T of2
class picker : public Action hBaF^AWW
{ znDpg{U(
public : Y9I|s{~
picker( const Action & act) : Action(act) {} h^v#?3.@
// all the operator overloaded \x:} |
} ; H_,4N_hL
1]9l
SE!E7
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。 #0?3RP
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: L1WvX6
R13V}yL
template < typename Right > U&43/;<,
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const X"vDFE`?
{ I:w+lchAMe
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); 3,EtyJ3[Bh
} IwBO#HR~)
D<:zw/IRE
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > 1;PI%++
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。 8H1&=)M=
Nf)SR#;
template < typename T > struct picker_maker =dwy 4
{ "&{.g1i9
typedef picker < constant_t < T > > result; 5(G Vwv
} ; :;c`qO4
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > gW^4@q
{ p"7[heExw
typedef picker < T > result; Al]*iw{
} ; O \gVB!x
&-w. rF@
下面总的结构就有了: jcjl q-x
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。 7{l~\]6d
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。 8)2M%R\THn
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 |tU wlc>
至此链式操作完美实现。 rxs:)# ?A
2R
^6L@fw
0|i|z!N>
七. 问题3 _T7XCXEk
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。 [:}"MdU'
GHo
mk##0E
template < typename T1, typename T2 > u/NcX
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const I-=Ieq"R9
{ |j{]6Nu
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2);
sCmN|Q
} ^go3F{;4i
.;S1HOHz4
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: d^v.tYM$N
k2.k}?w!JO
template < typename T1, typename T2 > p$ETAvD
struct result_2 j/F('r~L
{ 2kk; z0f
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; A`Rs
n\
} ; -%Ce
=diGuIB
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? |f\WVGH
这个差事就留给了holder自己。 4?+jvVq
~3&hvm[IQ
dPxJ`8
template < int Order > \KS.A
4
class holder; qq_ZkU@xg
template <> CJDNS21m
class holder < 1 > HIt9W]koO
{ GctV
public : OEX\]!3_Fm
template < typename T > us8HXvvp{
struct result_1 d{7)_Sbky
{ UI'fzlB
typedef T & result; Ino]::ZJ/
} ; B9Wd
'
template < typename T1, typename T2 > 6.$z!~8
struct result_2 .,U4 ATO
{ 9Zmq7a
E
typedef T1 & result;
w~jm0jK]
} ; [@B!N+P5;
template < typename T > A_e5Vb,u.
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const E cSu[b
{ (uy\~Zb
return (T & )r; &Nw|(z&$
} 'i: lV'
template < typename T1, typename T2 > 86!$<!I
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const $ER9u2
{ f"NWv!
return (T1 & )r1; SG1AYUs
V
} g[uf
e<
} ; O(9*VoD
gjFQDrz(
template <> #/8
Nav
class holder < 2 >
QAMcI:5
{ 1_]%,
public : TJ>1?W\Z
template < typename T > vA[7i*D{w
struct result_1 ,7DyTeMpN
{ 94]i|2qj*
typedef T & result; ?Iij[CbU
} ; XW\
3t tx
template < typename T1, typename T2 > #yU"n-eLR
struct result_2 %o0 H#7'
{ la4%Vqwgu
typedef T2 & result; 3`RI[%AN~
} ; G )`gn
template < typename T > 3+
2&9mm
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const wehiX7y
{ Twr,O;*u=
return (T & )r; [-81s!#mkw
} %$Xt1ub6(
template < typename T1, typename T2 > yD`pUE$
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const <^'IC9D]
{ QFoCi&
return (T2 & )r2; h(3-/4
} 4L4u<
} ; ne 3t|JZ
l Ft&cy2
opu)9]`z
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> >。 rOj(THoc{
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: AAKc8{
首先 assignment::operator(int, int)被调用: ,^ dpn
4d}n0b\d
return l(i, j) = r(i, j); '<*%<J{(
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) :_nGh]%
~"4Cz27
return ( int & )i; %M`zkA2]J
return ( int & )j; Asq&Z$bB_
最后执行i = j; -/*VR$c
可见,参数被正确的选择了。 $2blF)uYE
ZP&iy$<L
a40>_;}:x
sJl>evw
Z:V<