一. 什么是Lambda ? pq#|PI)
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 \IB@*_G
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, O ;,BzA-n
Z_vIGH|1
le1
4^h_n1A
class filler )`;Q]?D
{ B->3/dp2c'
public : n.+%eYM<
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} 2JY]$$K7
} ; ;MH((M/AN
>2Z0XEe
:iW+CD)j
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: CJ+/j=i;~c
\*] l'>x1
N|t!G^rP
9i+OYWUO
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); Wp7lDx
-!d'!;
]
)UBU|uYR\
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 %eK=5Er jx
Sg#$
B#g
x"/DCcZ
k:1p:&*m
二. 战前分析 aMaICM
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 @E Srj[
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 aU&p7y4C@
3$<u3Zi6
UZJ^e$N
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); L'1!vu *Rg
/* --------------------------------------------- */ s2SxMFDP
vector < int *> vp( 10 ); q [}<LU
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); }le}Vuy\s
/* --------------------------------------------- */ `6bIxb{
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); awYnlE/Z1
/* --------------------------------------------- */ _p;>]0cc.
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); L!:8yJK
/* --------------------------------------------- */ {J#SpG 7
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 0j{Rsy
/* --------------------------------------------- */
=K#5I<x
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); Ka\ha
(<bYoWrK#
v)+E!"R3.
jh7-Fl`
看了之后,我们可以思考一些问题: I8ZBs0sfF{
1._1, _2是什么? zG
IxmJ.
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 ANIx0*Yl(
2._1 = 1是在做什么? Ax"]+pb
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 @4)NxdOE
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 >* Ag0.Az
!U6q;'
)-
%5g(|Y]
三. 动工 S10"yhn(-t
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: =&%}p[
3g
V47z;oMXct
TH[xSg
AW{"9f4
template < typename T > .wH`9aq;5@
class assignment "2l$}G
{ "Zh3,
T value; 7+(on
public : `kE ;V!n?
assignment( const T & v) : value(v) {} RA];hQI?
template < typename T2 > o]R*6$
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } '{>R-}o[3
} ; sej$$m R
7uUo
DM
(5rfeSA^
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 MUQj7.rNa
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment + *xi&|%
=1MVF
e]9Z]a2
P/!W']OO
class holder \ 8v^ hb
{ qV$\E=%fhM
public : [SKN}:D
template < typename T > 0Dt-!Q7
assignment < T > operator = ( const T & t) const Ji#eA[
{ o;[?b'\[d
return assignment < T > (t); PTS
dW~3
} =Ch^;Wyt
} ; |Eyn0\OA
uM"_3je{W2
M)qb6aD0
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^1Yz}6nR
4*U5o!w1{
static holder _1; 6 2*p*t
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 qr@<'wp/
C0K0c6A(4
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); n g,&;E
而不用手动写一个函数对象。 |KMwK
png
0s$;3qE
<u_vL
WS
TSKT6_IJw
四. 问题分析 dug^o c1
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 5+DId7d'n
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 <jAn~=Uq[,
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 4 (c{%%
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 m[}@\y
下面我们可以对这几个问题进行分析。 -F$v`|(O+
M\_IQj
五. 问题1:一致性 ieap
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?| VbI$#;:[7
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 |Cm6RH$(
o#K*-jOfiH
struct holder \[9^,QP
{ # 4&t09
// 14pyHMOR
template < typename T > ~ K/_51O'
T & operator ()( const T & r) const e"(SlR
{ c5em*qCw$
return (T & )r; |Vo{ {)
} >bFrJz}
} ; <kCOg8<y
:
3\ {?L
这样的话assignment也必须相应改动: ucYweXsO3
IZ_?1%q>}
template < typename Left, typename Right > : i{tqY%
class assignment ";U#aK1p
{ ipe8U1Sc
Left l; LC,6hpmh
Right r; 0N87G}Xu
public : ~s{
V!)0
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} b_ vKP
template < typename T2 > C
%i{{Y&l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } >{)\GK0i7
} ; ,m Nd#
#62*'.B4
同时,holder的operator=也需要改动: |ju+{+
/Un\P
template < typename T > t52KF#+>
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const t"Bp#
U1
{ skYHPwJdW
return assignment < holder, T > ( * this , t); m
al?3*x/
} R; ui
4wg6
7_R[=t
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。 R"yxpw
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 kX2Z@
w`
vaLP_V
return l(rhs) = r; +NJIi@
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。 =$y;0]7Lwi
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: ?kK3%uJy&
qe5;Pq !G
template < typename Tp > &Oc
`|r*
class constant_t TBIr^n>Z<k
{ v|KGzQx$.*
const Tp t; r PTfwhs
public : J|F!$m{
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} :Q,~Nw>
template < typename T > 9^&B.6! 6
const Tp & operator ()( const T & r) const /BN=Kl]
{ nIZsKbnw
return t; +k
h
Tl:
} _F(Np\%_
} ; ->*~e~T
bk1.H@8
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 9 I:3
下面就可以修改holder的operator=了 dV{mmHL
[&IcIZ
template < typename T > XSCcumde!
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const Cd]g+R}j
{ ?-~<Vc*
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); oVr:ZwkG3
}
YCVT0d
0Y'ow=8M
同时也要修改assignment的operator() F-F1^$]k
;Ea8>
template < typename T2 > }]M'f:%b
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ^G 'n
z
现在代码看起来就很一致了。 Q{5.;{/eC
*Z\AO'h=Z
六. 问题2:链式操作 7PuYrJ
现在让我们来看看如何处理链式操作。 "%bU74>
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。 @LFB}B
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。 `Z#':0Z
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。 ei>iXDt
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct L&rtN@5;
DAg*
template < typename T > orYZ<,u
struct result_1 U<r!G;^`
{ =.OzpV)=V
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; K}MlC}oIt
} ; |3~]XN-
Y
DW^N]G
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: *FC|v0D
Q"uK6ANp'
template < typename T > *2}f $8
struct ref L7n G5i
{ (>Nwd^
typedef T & reference; E!.&y4
} ; db=S*LUbl
template < typename T > , Y,^vzX6
struct ref < T &> V2xvuDHI
{ BP l% SL
typedef T & reference; "LH!Trl@k
} ; jt(GXgm
f`*VNB`
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: WgG$ r
)#1!%aQ
template < typename T > V1GkX=H},
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const l!KPgRw
{ &r*F+gL
return l(t) = r(t); +]zRn
} Sv0?_3C
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。 BjsTHS&
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 w
El-
LXsZk|IhM
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 ?E(X>tH
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: 7-Oa34ba+
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 RHpjJZUV
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 g]c6_DMfb1
最后的布局是: ]h&1|j1
Add >p0,]-.J,r
/ \ bBXLW}W
Divide 5 :<k
(y?GB
/ \
UBj&T^j
_1 3 >}Bcv%zZ
似乎一切都解决了?不。 f[.'V1
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。 Q4/BpKL
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。 J .TK<!
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: arRU` 6?
>;bym)
template < typename Right > =$L+J O
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const cDzb}W*UM
Right & rt) const }<@-=
{ 1-N+qNSD`
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ~K;hXf
} 12hD*,A5j
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 XGbpH<
XXX指的是原来的functor的类型,picker_maker<T>是一个类型变换的trait,如果T是一个常量,那么他会返回constant_t<T>,否则返回T本身。 'Ha> >2M
因此如果该函数声明在assignment的内部,那么就实现了连等,如果声明在的dereference(解引用)的内部,就允许(*A = B)的行为发生。 vdQ#CG$/
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。 INp:;
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。 `4X.UPJ
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? 5*-RIs! 2
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: m"n" 1;o=
4[JF.O6}
template < class Action > Ycq )$7p
class picker : public Action 98O]tL+k/u
{ GCiG50Z=
public : U6*[}Ww
picker( const Action & act) : Action(act) {} ' (XB|5
// all the operator overloaded *]h"J]
} ; 2<p@G#(
k9<UDg_ Y
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 E
i>GhvRM
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: ($/l_F
d!}oS<6
template < typename Right > XEagN:
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const x-ue1
{ jpS$5Ct
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]];pWlo!
} {:VK}w
JC->
eY"O2
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > d=8.cQL:E
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。
:TR:tf
qsXkm4
template < typename T > struct picker_maker Yt,MXm\
{ ={
-kQq
typedef picker < constant_t < T > > result; 44B D2`nF
} ; XqUQ{^;aI
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > XksI .]tfj
{ v_pe=LC{-e
typedef picker < T > result; n}e%c B
} ; Im!b-1
_G @Zn[v
下面总的结构就有了: 8 l)K3;q_
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。 JhwHsx/
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。 3!/J!X3L
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 S9
$t9o
至此链式操作完美实现。 `GY3H3B
Scm45"wB+
tc)Md]S
七. 问题3 8!3 q:8y8
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。 OHj>ufwVq
ZI qXkD
template < typename T1, typename T2 > *{j;LA.BR#
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 67&Q<`V1*q
{ DNqV]N_W
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 8-7Ml3G*
} EW vhT]<0
+HRtuRv0T
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)+_@24>d
UR=s=G|
template < typename T1, typename T2 > W2h4ej\s
struct result_2 m9MYd
{ l;A '^
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; \v\ONp"
} ; );TB(PQsBT
dY0W=,X$7T
显然,各个functor似乎根本不理会各个参数那个是_1, 那个是_2, 那么最后是怎么选择的呢? ;-Os~81o?
这个差事就留给了holder自己。 );}M"W8
y=f.;
a73VDQr I
template < int Order > {jQLr7'
class holder; WN%,
template <> ":qHDL3
class holder < 1 > <T)0I1S
{ E'D16Rhp
public : &{glwVKV
template < typename T > Qbjm,>H/^
struct result_1 1y6<gptx
{ ht L1aQ.
typedef T & result; )4s7,R
} ; !v=/f_6
template < typename T1, typename T2 > 50Gu~No6
struct result_2 !\d~9H%`B
{ ^>!&]@
typedef T1 & result; *S}CiwW>/
} ; )m8Gbkj<
template < typename T > ar,v/l>d4N
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const SFtcO
{ (G} }h
return (T & )r; gg^iYTpt
} .E+O,@?<
template < typename T1, typename T2 > /ar0K9`c
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const C@t,oDU#
{ V_m!<sr (
return (T1 & )r1; A-3^~aEgx
} J(!=Dno
} ; .bP8Z=
bx{njo1Mr
template <> _K{-1ZYsi
class holder < 2 > v?6*n>R
{ e1JHN
public : lg2I|Z6DH
template < typename T > [\<#iRcP
struct result_1 ;Gn>W+Ae
M
{ 4I2:"CK06
typedef T & result; G4'Ee5(o
} ; lfCr`[!E
template < typename T1, typename T2 > ;/wH/!b
struct result_2 LWhy5H;Es
{ [*(1~PrlO,
typedef T2 & result; 1BW 9,Xr
} ; jVOq/o
template < typename T > ?f3R+4
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const B=%%3V)2
{ a JjUy%
return (T & )r; /=AFle2(
} 3)o>sp)Ji$
template < typename T1, typename T2 > WoB'B|%
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const _w%:PnO
{ ??P\v0E
return (T2 & )r2; 0m.`$nlV-
} <*^|Aj|#
} ; kb"Fw:0
;~$Q;m1
"x$L2>9
新的holder变成了holder<int>, holder<n>的n个参数的operator()会返回第n个参数的值。而_1,_2也相应变为picker<holder<1> >, picker<holder<2> >。 M[O22wFs
现在让我们来看看(_1 = _2)(i. j)是怎么调用的: )!E:
首先 assignment::operator(int, int)被调用: !T:7xEr
I8T*_u^_
return l(i, j) = r(i, j); lqh:c
先后调用holder<1>::operator()(int, int)和holder<2>::operator()(int, int) <vV"abk
ecH7")
return ( int & )i; 5Rw2/J
L
return ( int & )j; X6$Cd]MN
最后执行i = j; /y4A?*w 6
可见,参数被正确的选择了。 CKe72OC
NYg&