一. 什么是Lambda N|z-s
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 `9s5 *;Z
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, >6=yxCJ
KKa"Ba$g
WY?(C@>s
p{t2pfb
class filler Sq UoXNw
{ K`j#'`/KC
public : jbn{5af
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} Ngu+V
} ; engql;
QSAz:Yvf|
EHcqj;@m
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: X;v/$=-mz
%K;,qS'N_
G|'DAj%
'- 4);:(^
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); N3MMxm_u
^;<s"TJ(m)
ZBdZr
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 $9+}$lpPd
vy[*xT]
^EjZ.#2l;
TWQf2
二. 战前分析 EW0H"YIC
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。 _wCp.[3?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 ub{<m^|)
gr4Hh/V
D+LeZBJ
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); yps7MM-r
/* --------------------------------------------- */ ,@khV
vector < int *> vp( 10 ); ]3NH[&+
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); `U#*O+S-^
/* --------------------------------------------- */ PGP9-M
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); 2!-ZNd:(+
/* --------------------------------------------- */ | 5Mhrb4.
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 3:YZC9
/* --------------------------------------------- */ R6h(mPYA
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 8PDt 7
\
/* --------------------------------------------- */ 9&g//JlD
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); p` B48TW
'vhgR2/
|UZ#2
]B:g<}5$4
看了之后,我们可以思考一些问题: xQ* U9Wt;T
1._1, _2是什么? )T(xQ2&r4
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 Jv1.Yz
2._1 = 1是在做什么? x!{5.#
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 iPa!pg4m
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 8 %Lq~lk
Gz+Bk5#{
z(:0@ 5
三. 动工 zn_ InxR
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: %njX'7^u
uPsn~>(4
WT;=K0W6&
u!k\W{
template < typename T > S3MMyS8
class assignment LU?X|{z
{ KY!
T value; ]V6<h Psi
public : Ib*l{cxN
assignment( const T & v) : value(v) {} s!9.o_k
template < typename T2 > 5MQD:K2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } !\}Dxt
} ; U!XC-RA3
_
SWz+.W{KQ"
a^~T-;_V
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 UkG|5P`
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment bVQLj}%
q+19EJ(
[~W"$sT
#@;RJJZg
class holder {<\nl#}5S
{ R^1sbmwk
public : [0lCb"
template < typename T > Z WL/ AC
assignment < T > operator = ( const T & t) const -=&r}/&
{ 2wlrei
return assignment < T > (t); G':mc{{
} f#ID:Ap3
} ; IU{~{(p"
T@U_;v|rf
E=Ah_zKU
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: J*-m!0 5
38L8AJqD
static holder _1; o*_[3{FU
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 ^W eE%"
W|NzdxCY
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 9jDV]!N4
而不用手动写一个函数对象。 glH&v8
6^H64jM
-w1U/o.
0F8y8s
四. 问题分析 }W#Gf.$6C
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 kUUN2
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 *Y?rls `
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ~=lm91W
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ^+F@KXnL
下面我们可以对这几个问题进行分析。 <K=:_
8Focs p2
五. 问题1:一致性 X-|`|>3E
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| )TP1i
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 >to NGGU=~
?_%*{]mt(
struct holder EFW'D=&h8
{ M9.jJf
// Vk5}d[[l
template < typename T > f$Nz).(
T & operator ()( const T & r) const "9!ln
{ WogJ~N,d53
return (T & )r; VE+Q Y9(
} :XxsD D
} ; u>
XCE|D*
+7U$qEG
这样的话assignment也必须相应改动: G%Hr c
%{!*)V\
template < typename Left, typename Right > ^GQ+,0Yy
class assignment BD&JbH!(
{ |>5NH'agV
Left l; )'?3%$EM
Right r; G#t!{Q}8
public : ;vR0O
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} oTS*k:
C'
template < typename T2 > 0j %s
H
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } -|\V'
} ; ;+'x_'a
c~3OK_k
同时,holder的operator=也需要改动: V2Q2(yvdJ
sWX iY
template < typename T > OC nQSkj
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const a x4V(
{ F" FGPk
return assignment < holder, T > ( * this , t); OBqaf
)W
} wb~#=6Y
l ~CYxO
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。 yw `w6Z3K
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 X`/8fag
[G>8N5@*
return l(rhs) = r;
wwE`YY
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。 ~OD}`
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: V|e9G,z~A
VI:
!#
template < typename Tp > }enm#0Ha
class constant_t PN:/lIO
{ H:Y?(" k
const Tp t; )D\!#<#h
public : X31[
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} rV*9=
template < typename T > 8fRk8
const Tp & operator ()( const T & r) const rJH u~/_Dq
{ u&z5)iU
return t; 3B8\r}L
} ]&w8"q
} ; Vr@I9W;D#
\B/+.\
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 VRQ'sn@
下面就可以修改holder的operator=了 [0<N[KZ)
T}d%X MXq
template < typename T > %$}aWzQxll
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const A:Pp;9wl
{ ;*>Y8^K&Q
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); EVZuwbO)|
} &o%IKB@
2L Kpwz?
同时也要修改assignment的operator() L}NckL
P>n}\"z4
template < typename T2 > .`*h2
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } w g?GEY
现在代码看起来就很一致了。 j;}!Yn
-XBD WV
六. 问题2:链式操作 i,|2F9YH
现在让我们来看看如何处理链式操作。 `d]D=DtH
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 ;}"!|
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 vncLB&@7
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 DdDwMq
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct CzDJbvv]
-7{ qTe{
template < typename T > 9>?3FMKdY
struct result_1 )RV.N}NU
{ <*k]Aa3y
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; uU_lC5A|
} ; ;%wQnhg
6+`+$s0
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: _=l8e-6r
3"afrA
template < typename T > d h5%
struct ref /`$9H|
{ q$IgkL
typedef T & reference; Jd#g"a>zZ
} ; zv/owK
template < typename T > Y,0D+sO4
struct ref < T &> K@d, 8 [
{ DvL/xlN
typedef T & reference; xg*)o* ?
} ; S 2vjjS
*O6q=yg;K:
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: $;~
%4 9^S&
template < typename T > l@C39VP
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const K`%{(^}.
{ C.su<B?
return l(t) = r(t); ,Hq*zc c
} cvSr><(
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 O$SQzLZx&
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 CjeAO 2
`wrN$&
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 +2Xq+P
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: wP-BaB$_
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 8/4i7oOC
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 i_<