一. 什么是Lambda T@wgWE<0y_
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 vB74r]'F
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, wE[gp+X~
n6AA%? 5
ZnKjU ]m
(+yH
class filler }7non
{ YMN=1Zuj?
public : {FQ@eeU
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} pfBe24q
} ; azz=,^U#
BLN|QaZ
:KmnwYm
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: N5[^W`Qf
<Y]e
zmU@ k
1 |
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); lihIPMU
Nq9\ 2p
/#WvC;B
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 6ao~f?JZ
{J1iheuS}
Y-UXr8
7nm'v'\u+V
二. 战前分析 NbC2N)L4
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。 h ;@c%Vm
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 y8_$YA/g
@U3:9~Q
v,C~5J3h)
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); -Bl]RpHCe
/* --------------------------------------------- */ ZIKSHC9
vector < int *> vp( 10 ); ollsB3]]
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); uNkJe
/* --------------------------------------------- */ (3Q$)0t
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); B0U(B\~Y
/* --------------------------------------------- */ PB
*v45
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); gu6%$z
/* --------------------------------------------- */ l\F71pwSI
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); eTFep^[
/* --------------------------------------------- */ eF]8Ar1
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); HKr}"`I.
iciKjXJ:
dB6['z)2
m.p$f$A_
看了之后,我们可以思考一些问题: (i L*1f
1._1, _2是什么? :hT.L3n,
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 D2g/P8.<A
2._1 = 1是在做什么? IMr#5
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 |.,]0CRg
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 6I: 6+n
_Dd>e=v
<#J5.I 1
三. 动工 5JhvYsf3_
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: <}:` Y"
CIz0Gjtx6m
`!t-$i
1
_Oc1RM
template < typename T > aW*k,\:e
class assignment 4e/!BGkAS
{ 76"4Q!
T value; &&m3E=K!^
public : [zBi*%5O
assignment( const T & v) : value(v) {} 2,dWD<h
template < typename T2 > x&*f5Y9hCi
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 04jvrde8-O
} ; F$(ak;v}
5wmd[YL
l_/(J)|a
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 'UUj(1
f
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment [nZIV
RYA@{.O
S\h5
D2G;
EwX&Cj".
class holder SF&2a(~s
{ qxb]UV,R
public : 4")`}T
template < typename T > 3ZI7;Gw
assignment < T > operator = ( const T & t) const cLl~4jL
{ %2T
i
Rb
return assignment < T > (t); GE(~d '
} >9rZVNMU
} ; 7jIBE
7M~sol[*
,#UZp\zZ*
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Ac|\~w[\
jOVF+9M
static holder _1; o^vX\a?`u
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 uyxYCc
?' .AeoE-
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); Cl`i|cF\
而不用手动写一个函数对象。 X0u,QSt'O
29,ET}~
NDP"
@
#M16qOEw
四. 问题分析 (_zlCHB
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 }a||@unr
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 WA8<:#{e
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 ![^pAEgx
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 az6&
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Y@0'0
Mg.%&vH\
五. 问题1:一致性 ~2"hh$
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?| L"|Bm{Run
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 [|OII!"
*z?Uh$I4
struct holder &bW,N
{ ^PTf8o
// p0bWzIH
template < typename T > 5,1<A@H
T & operator ()( const T & r) const SlG v
{ Y=P*
return (T & )r; ixu*@{<Z(
} ?`piie9V
} ; +:.Jl:fx4
172 G
这样的话assignment也必须相应改动: Or5?Gt
y4Jc|)
template < typename Left, typename Right > 2K91E}
class assignment Hw]E#S
{ {R!yw`#^B
Left l; ;o!p9MEpz;
Right r; sgp.;h'
public : 'w+]kt-
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} '`P%;/z
template < typename T2 > L/"};VI
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } KGy3#r;Q
} ; [s>3xWZ+a
il5C9ql$
同时,holder的operator=也需要改动: KdR4<qVV}
[tpiU'/Zl
template < typename T > x%}D+2ro-t
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const VI2lwE3
{ hpAdoy[
return assignment < holder, T > ( * this , t); )hZ7`"f,ZN
} 1ML L
<k:I2LF_
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。 Y@+Rb
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 e xb}
y
2I-d.{
return l(rhs) = r;
b/'bhE=
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。 ^c\O,*:
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: S}@7Z`
RV~fml9c
template < typename Tp > DK IH{:L7
class constant_t "\b>JV5
{ +0pI}a\
const Tp t; =l`)b
public : ]Y\$U<YjO
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} f7=MgFi
template < typename T > G^c,i5}w
const Tp & operator ()( const T & r) const 3V k8'
{ 8Qg10Yjy
return t; Q|(}rIWOQA
} P@7>R7gS
} ; fkxkf^g)
cJo%j -AM
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ppAbG,7
下面就可以修改holder的operator=了 `|'w]rj:"+
S<nF>JRJa
template < typename T > -b-a21,m>
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const ]Ur/DRNS
{ b"I#\;Ym
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); .|,LBc!
} \*$^}8
!nBbt?*
同时也要修改assignment的operator() *qpu!z2m||
.(@=L1C<}J
template < typename T2 > bY~K)j
v3&
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } v
vErzUxN
现在代码看起来就很一致了。 A({czHLhN5
Sy8t2lk
六. 问题2:链式操作 dSGdK
$ XA
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Px_8lB/;
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。 7<j!qWm0
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。 {<-s&%/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。 &f.5:u%{b
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct tiK M+
;C
xQFRM aQE
template < typename T > V;SfW2`)
struct result_1 !:+U-mb*
{ 3qWrSziD
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; yhH2b:nY(9
} ; yX
rI
6qZQ20h
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: KMhrw s{&B
Q6
*n'6
template < typename T > | R,dsBd
struct ref ?'V78N sA
{ A;Uc&G
typedef T & reference; KDN#CU
} ; ?c.\\2>|F
template < typename T > #hBqgG:>
struct ref < T &> LNL}R[1(
{ h#zm+( [B*
typedef T & reference; as:=QMV
} ; LsR<r1KDJ
Gr({30"8
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: n[/D>Pi
(
%sfwv
template < typename T > %Vo'\|
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const |mhKD#:
{ 2`i&6iz
return l(t) = r(t); #mH28UT
} /8Lb_QH{
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。 7:~3B-Tb
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 6~ET@"0uK
|f}wOkl
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 1mV
'
~W
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: NiG&Lw*8
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ",YNphjAn
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 ZV Ko$q:F
最后的布局是: ycN!N
Add PR;Bxy
/ \ ''2:ZX X
Divide 5 6@Q; LV+
/ \ .WglLUJ:Z
_1 3 L<
似乎一切都解决了?不。 "P5,p"k:)
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 &IQNsJL!e
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 r0z8?
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: .yDR2sW
CS%ut-K<5M
template < typename Right > ZrYRLg
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const /p-k'387
Right & rt) const @V4nc
'o.
{ JA >&$h
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); *h?*RUQ
} e23& d
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 axG%@5
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。 NrcV%-+u%
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。 lyowH{.N"3
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。 $1X!Ecq_
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[ S1
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? EhW@iYL
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: }lk9|U#6*`
pJ?y
template < class Action > ]_>38f7h
class picker : public Action >U:-U"rA?
{ ;{m;CKHI
public : sVO|Ghy65
picker( const Action & act) : Action(act) {} +MS*YpPW
// all the operator overloaded fN`Prs A
} ; |r*y63\T
~HctXe' x
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。 8pmWw?
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: 7x*L 1>[`'
98}l`J=i
template < typename Right > ~LH).\V
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const L#V e[
{ }Ej^"T:H_;
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); @
/e{-Q
} 8v)Z/R-
kaZcYuT.9
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > gYL#} ) g
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。 %z1hXh#+
f]+.
i-c=
template < typename T > struct picker_maker h#h)=;
{ en MHKN g
typedef picker < constant_t < T > > result; ?AQR\) P
} ; (i)O@Jve
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > 6%VRQ#g!
{ `)jAdad-s
typedef picker < T > result; ZYl*-i&~?
} ; CfLPs)\ACm
cMUmJH
下面总的结构就有了: bmC{d
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。 \p iz Vt
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。 GQkI7C
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 ds+0y;vc
至此链式操作完美实现。 ~RM_c
&-.2P!t
Cp-p7g0wlg
七. 问题3 w##$SaTI
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。 Ut"F b
:2&W9v
template < typename T1, typename T2 > -[lOf
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const 5
.bU2C
{ vP&JL~
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); fH
5/
} a/
Z\h{*
n ^C"v6X
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: /`B:F5r
)6-!,D0 db
template < typename T1, typename T2 > NHzhGg]
struct result_2 G
C3G=DTt
{ [lAZ)6E~=
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; $]]|#}J
} ; /4-6V
d"8
"PY&N