一. 什么是Lambda t(}g;O-
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 i;\n\p1
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, ;_0frX
$y%IM`/w
LtV,djk
"d2JNFIHb
class filler u,]qrlx{
{ FJBB@<>:
public : csV3mzP
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} %zO>]f&
} ; {:=]J4]
H;#C NB<e
/h@3R[k
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: AB<%GzW0(
NHe[,nIV
U#{(*)qr
WwUHHm<v
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); !t?5U_on
|O;vWn'U2
R:[#OH.c
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 H#G3CD2&
7c8`D;A-K
u"8KH
u5C@
#VxN [770
二. 战前分析 z
G`|)
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。 V`G^Jyj
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 '=J|IN7WT
k7]4TIUD*
7/iN`3Bz
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); g!Ui|]BI9
/* --------------------------------------------- */ # hw;aQ
vector < int *> vp( 10 ); (Dn1Eov
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); 0 c]]
/* --------------------------------------------- */ `#l1
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); cv. j
/* --------------------------------------------- */ m%c]+Our`
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); 5x!rT&!G
/* --------------------------------------------- */ yh'*eli
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); -J0I2D
/* --------------------------------------------- */ S|?P#.=GX
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 7cO1(yE#vr
!Z0S@]C
8t|?b
! vuun |
看了之后,我们可以思考一些问题: 6XnUs1O
1._1, _2是什么? R_"6E8N
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。 #}Bv/`t
2._1 = 1是在做什么? ;@O8y\@
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。 n*Hx"2XF
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。 @VyF'
?}
QHd|cg
,rOh*ebF
三. 动工 :d~mlyFI6P
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: uc LDl
'C @yJf
%BQ?DTtb7'
ZA}!Rzo
template < typename T > i8%Z(@_`
class assignment <[=[|DS l
{ j$4lyDfD
T value; *%%n9T
public : iH>b"H>
assignment( const T & v) : value(v) {} s~k62
template < typename T2 > JURg=r]LI
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; }
iF_u/#
} ; YoZd,} i
ygd*zy9
b#n
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 U
!%IC7@
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment >fD%lq;
Ex6Kxd}8
R<^E?FI
<3Rq!w/
class holder q(BRJ(
{ ]deO\mB
public : OaY]}4tI$
template < typename T > 3TN'1D ei
assignment < T > operator = ( const T & t) const Jg$ NYs.xZ
{ Q+'fTmT[,
return assignment < T > (t); nYO$ |/e
} O#<S\66
} ; y^ D3}ds
u,~+ho@
^ '_Fd
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: [q^pMH#U"
!e~d,NIy
static holder _1; "$q"Kilj%
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 T0 cm+|S
[hqat'Vj,
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); n.,ZgLx["
而不用手动写一个函数对象。 [=:4^S|M
N9vNSmm
wQM( |@zE}
-L2?Tap
四. 问题分析
U^-RyE!}
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 }ee3'LUPX
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 e.(RhajB
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ~8'HX*B]z
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 !Wy&+H*0
下面我们可以对这几个问题进行分析。 mn(MgJKQ\
|=W>4>
五. 问题1:一致性 [P]M)vJ**
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| k"cKxzB
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 G$~hAZ
Y"dTm;&
struct holder McN'J.Sxp
{ Rli`]~!w
// #t
VGqf
template < typename T >
F |_mCwA
T & operator ()( const T & r) const v'Up& /(
{ Z7Nhb{
return (T & )r; <!X]$kvG
} \;+b1
} ; (D+%*ax
lg@q}
]1
这样的话assignment也必须相应改动: 5^Lbc.h
]agdVr^
template < typename Left, typename Right > bf[l4$3k
class assignment =4Jg6JKYg
{ 2O2d*Ld>
Left l; (unJwh{7Q
Right r; YLV$#a3
public : 'NnmLM(oh
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 7/\SN04l
template < typename T2 > 2XeN E[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } PG'I7)Bv
} ; 2 xi@5;!
W#^p%?8pR
同时,holder的operator=也需要改动: ^!O2Fw
">nFzg?Y
template < typename T > If|i `,Iy
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const U"Z%_[*
{ `?T8NK
return assignment < holder, T > ( * this , t); lPz5.(5'
} zf^@f%R
6|1#Prj
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>%TIoY
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 eT8h:+k
, qhv(
return l(rhs) = r; *y W9-(
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。 +R31YR8C0
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: S_Vquw(+
eh3CVgH91;
template < typename Tp > 11JO [
class constant_t o7g6*hJz
{ mPi{:
const Tp t; ML
X: S?
public : oXqx]@7
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} tNW0 C]
template < typename T > o5NrDDH
const Tp & operator ()( const T & r) const E8We2T[^M
{ PmDar<m
return t; |>nVp:t^
} ,q
Bu5t
} ; uL@'Hv A
$7\hszjZ
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 iLFhm4.PO
下面就可以修改holder的operator=了 xCm`g{
iHyA;'!Os
template < typename T > qV@H u/;
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 3.
g-V
{ AFNE1q;{\
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); om,=.,|Ld
} JZcW? Or
r$Y% 15JV
同时也要修改assignment的operator() &E!-~'|z
B 6,X)
template < typename T2 > DVRbTz3V
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } 7me1:}4
现在代码看起来就很一致了。 R<1[hH9"o
/?:]f
六. 问题2:链式操作 fOO[`"'Pq
现在让我们来看看如何处理链式操作。 \"A~ks~
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。 "gi 1{
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。 5LxzET"P
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。 cU r'mb
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct ]F,v#6qi
Ea3 4x
template < typename T > U^$l$"~"
struct result_1 %5?0+~
{ [2ZZPY9?Q
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; HLDg_ On8
} ; _l.kbfp@
`
_]tN
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: wmgKh)`@_{
p:^;A/D
template < typename T > &k {1N.
struct ref Yy8%vDdJO
{
jQ Of+ZE
typedef T & reference; ,0[h`FN
} ; LgS.%Mn
template < typename T > ^'aMp}3iu
struct ref < T &> `=~d^wKYJ3
{ |;P9S
typedef T & reference; ?QCHkhU
} ; Y<-dd"\
\~ h7
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: _}wy|T&7k&
o@G
<[X|ke
template < typename T > _&6&sp<n
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const d[I}+%{[
{ m/W)IG>
return l(t) = r(t); l=<
:
} > 9wEx[
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。 fdTyY ;
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 t5pf4M7
cLe659 &
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 kVe_2oQ_>
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: W%RjjLJ@
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 { sL(PS.z
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ? k*s!YCZ
最后的布局是: `ynD-_fTN
Add Y:XxTa*
/ \ z,B'I.)M
Divide 5 i<nUp1r(
/ \ X+T
+y>ea
_1 3 fhp][)g;
似乎一切都解决了?不。 9:tKRN_D
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。 w/HGmVa
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。 `7zNVYur8
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: /xRPQ|
`P< m`*
template < typename Right > ,-*oc>
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const ZKa.MBde
Right & rt) const Q2[D|{Z
{ VZ8HnNAbX
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Ni[2 p
} s9Aq-N
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Yxt`Uvc(^h
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。 YQ}bG{ V
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。 Iz\IQa
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。 P=V=\T<4_
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。 )0JXUC e
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? dF%sD|<)
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: %Ot^G%34
438+zU
template < class Action > 9RoN,e8!
class picker : public Action -\!"Kz/
{ +;Jb)8
public : V{[vIt*
picker( const Action & act) : Action(act) {} w|>O!]K]
// all the operator overloaded &dkj