一. 什么是Lambda x4,[5N"}YK
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 dj}|EW4
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, UzW]kY[A<
=CO'LyG
j%}9tM6[
M"-.D;sa1
class filler olKM0K
{ )u0/s'
public : 4UND;I&
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} B~b
='jN
} ; }PM7CZSq
5W=Jn?y2
m -0EcA/
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: #99 =wn
rC_saHo>#R
w O6>jW
7
\ 7IT[<Se
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); (iIzoEpb8W
x:h)\%Dg<
c2L\m*^o
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 !#W3Q
dp4vybJ
/%)(Uz
?}= $zN
二. 战前分析 ~_IQ:]k
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 riRG9c |
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 7r2p+LP[
#w8.aNU+]
HVzkS|^F
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); P@%L.y
B
/* --------------------------------------------- */ jy_4W!4a
vector < int *> vp( 10 ); C0/G1\
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); ='@k>Ka+
/* --------------------------------------------- */ rq1zvuUx
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); oFT1d
/* --------------------------------------------- */ DyA1zwp}
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); kq([c r
/* --------------------------------------------- */ \tY7Ga%c
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); L\!Oj5
/* --------------------------------------------- */ `u_k?)lK
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); O}j@+p%M
87m`K Str7
f1?%p)C
wA6E7vi'
看了之后,我们可以思考一些问题: -B(p8 YH
1._1, _2是什么? 1QnaZhu'
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ):A.A,skf
2._1 = 1是在做什么? O[z6W.
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 [;o>q;75Jz
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 N vTp1kI]
G:`So
KC%&or
三. 动工 CrG!8}
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: J25/Iy*byG
*pAB dP+
D- O{/
(cV1Pmn
template < typename T > -Owb@Nw
class assignment 7Jd&9&O U
{ J6ed
T value; t<RPDQ>
public : Kaaz,C.$^
assignment( const T & v) : value(v) {} A
PrrUo
template < typename T2 > M
9NT%7Il
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } .F[5{XV
} ; d/awQXKe7
P0U&+^W"9
4ElS_u^cP7
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 C~'.3Q6
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment ?^LG>GgV
d`%7Pk
b!teSf
[57`V&c5
class holder x<@i3Y{[
{ 7]i6 Gk
public : 8dJ+Ei~M
template < typename T > GiXs`Yt|
assignment < T > operator = ( const T & t) const 5@
Hg 4.
{ Ekh)l0
l
return assignment < T > (t); G({VK
} TI0=nfj
} ; 4Lz[bI
?FEh9l)d\
~:|V,1
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: |cC&,8O:{
m Ph=bG
static holder _1; "?FBbJ
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 VuN#j<H
!f}D*8\f
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); KT AQ6k
而不用手动写一个函数对象。 2 zG;91^
=WEDQ\ c
K4I/a#S'@6
2L51H(
四. 问题分析 I1s$\NZ~]
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 lhf5[Rp
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 #\O'*mz
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 QIJ/'72
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 i [Wxu M
下面我们可以对这几个问题进行分析。 {XD':2E
D=Yr/qc?
五. 问题1:一致性 Fq%NY8KNE
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| +8"P*z,
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 bQPO'S4
(m=1yj9
struct holder E b CK9
{ A"R(?rQi=
// KuL+~
template < typename T > "|R75m,Id
T & operator ()( const T & r) const OI3j!L2f
{ OKk"S_`
return (T & )r; `DM)tm3&m
} Y##lFEt
} ; h`( VMf'#
s0Z)BR #
这样的话assignment也必须相应改动: }r;=<mc,O
YN7`18u
template < typename Left, typename Right > g`tV^b")
class assignment "D
KrQ,L
{ 73SH[f[g
Left l; @xBO[v
Right r; <Q`3;ca^
public : nKI?Sc
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} VZtFgN$J
template < typename T2 > m'k>U4
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } uyWw3>
} ; oMOh4NH,x
_j*I\
同时,holder的operator=也需要改动: sD&V_
&i
{+3g*s/HI
template < typename T > {>XoE %
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 6Ypc]ym=J
{ ] ;CJ6gM~
return assignment < holder, T > ( * this , t); <Z\{ijfvD
} 2vb qz
{wDe#c{_
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。 <Of-,PcCV
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 v!$?;"d+
wM3m'# xJ
return l(rhs) = r; -lAY*2Jg
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 hTcU
%Nc
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7r.~L
t~44ub6GN`
template < typename Tp > L]&y[/\E1
class constant_t ;d_<6|*M
{ <=w!:
const Tp t; !4 lN[
public : 4gWlSm)
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} u,N<U t
template < typename T > ]1W]
const Tp & operator ()( const T & r) const "<%J^Z9G
{ U6y`:G;.
return t; wfcR[
} 1?.NJ<)F
} ; {vZAOz7#
u`Y~r<?P(
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 d\tY-X3
下面就可以修改holder的operator=了 FV,aQ#
Dca,IaT'
template < typename T > H0.A;`
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const %Z,n3iND
{ bD|VT
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); Pf?15POg&B
} iun_z$I<+Z
t~) g)=>
同时也要修改assignment的operator() 4Tx.|
o)DO[
template < typename T2 > V7O7"Q^q
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); }
:Gx5vo
现在代码看起来就很一致了。
W/~q%\M {
)UVekkq>Q
六. 问题2:链式操作 i->G{_gH
现在让我们来看看如何处理链式操作。 |`{$Ego:
其实问题1已经为我们处理掉了大量的问题。如果_1,functor,常量彼此之间不统一为functor,那么链式操作的时候就要时刻小心一个对象是_1还是functor还是常量,会大大增加编码的难度。 i
XGy*#>V
事实上,首先要解决的是,如何知道一个functor的operator()的返回值的类型。遗憾的是,我并没有找到非常自动的办法,因此我们得让functor自己来告诉我们返回值的类型。 OPogH=vf
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 rR#wbDr5
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct sB^ejH
?FV%e
template < typename T > A4b+:MQ*OX
struct result_1 Nw-U*y
{ dy'lM ;@-
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; `>)pqI%L[g
} ; !;hp
dxtG3
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: _sy]k A
up0=Y
o@
template < typename T > >g@@ yR,
struct ref 8s-X H
{ `0!%jz=
typedef T & reference; 4T
v=sP
} ; P97i<pB Y_
template < typename T > *&R|0I{>
struct ref < T &> V)ag ss w?
{ ^D9w=f#a
typedef T & reference; \~zm_-Hw@Y
} ; {k[dg0UV
^uVPN1}b^@
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: b.kV>K"X3
E&U_@ bc-
template < typename T > ZA@zs,o%
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const lLglF4
{ m@0> =s~.
return l(t) = r(t); t=s.w(3t
} "QD>:G;u
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 kmtkh"
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 Z5EII[=$o
^gR~~t;@
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 ;lhW6;oI'
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: P 6=5:-Hh
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ^),t=!;p
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ez5>V7Y
最后的布局是: yMD0Tj5ZQ
Add YNKvR
/ \ y|3("&)"S
Divide 5 *O)i)["
/ \ iWW
>]3Q
_1 3 /WK1( B:
似乎一切都解决了?不。 P.1Z@HC
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。 V-X Ty
iv
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。 40dwp*/!
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: ]k+(0qxG
c>+68<H
template < typename Right > ,pQ[e$u1
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 7m?fvKy
Right & rt) const jtE'T}! d
{ 8qxZ7|Y@
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); |Z+qaq{X
} r>CBp$
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 aMJ2bu
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。 Xh/BVg7$
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。 \pSRG=`
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。 x(~V7L>"i
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。 Ap |g[J
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*d
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: L&uPNcZ`-
_?$w8 S%
template < class Action > 0(&RmR
class picker : public Action a( N;|<
{ @uG/2'B(
public : c%+uji6
picker( const Action & act) : Action(act) {} R9QW%!:,\2
// all the operator overloaded d5R2J:dI
} ; %Q;:nVt
,\d03wha
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。 eW}-UeT
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: sN5Mm8~
lZ <D,&
template < typename Right > pigu]mj
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const SxcE@WM
{ Rz6kwh=q
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); -@B6 $XWL
} JRAU|gr
4E1j0ARQQ
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > T
eu.i
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。 iQLP~Z>,T
X\*H7;k,
template < typename T > struct picker_maker "1%k"+&
{ <DII%7q,6/
typedef picker < constant_t < T > > result; PGVP0H+RV
} ; Vf=,@7
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > l\d[S]
{ E33x)CP
typedef picker < T > result; ng6E&<Z
} ; yC4%z)t&R
f rV_5yK'
下面总的结构就有了: w=0zVh_`(
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。 niYD[Ra\xP
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。 $v"CQD
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Y|W#VyM-
至此链式操作完美实现。 <dz_7hR"
/sPa$D
]g,j
七. 问题3 w]N;HlU
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。 [=u@6Y
0}T56aD=!
template < typename T1, typename T2 > k
,r*xt
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const st#^pWL
{ r|/9'{!
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); Q
trU_c2k
} XjxI@VXzUV
zgn`@y2
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: (IA:4E}
-OKXfN]
template < typename T1, typename T2 > U<'z,Px6
struct result_2 IA}.{zY~|
{ 2|`Mb~E;
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; s=z$;1C
} ; u~mpZ"9$ 3
%O7?:#_
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? ?}u][akM
这个差事就留给了holder自己。 [d>2F
H$
:BJ$x@
(dV7N
template < int Order > * )HVK&