一. 什么是Lambda # jyAq$I0
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 j(hC't-
在C++中,STL的很多算法都要求使用者提供一个函数对象。例如for_each函数,会要求用户提供一个表明“行为”的函数对象。以vector<bool>为例,如果想使用for_each对其中的各元素全部赋值为true,一般需要这么一个函数对象, bL<cgtz7)
bT |FJ\aC
hvwr!(|W
Y-9F*8<
class filler :/08}!_:
{ -b<+Ra
public : y+_U6rv[
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} z'o+3zq^
} ; ~V5jjx*
!`o=2b=N
>jIc/yEYKI
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: TOs|f8ay
G}g+2`
kBkhuKd)V
Qoc-ZC"<6
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); bk2vce&
;%&@^;@k%
5 X rn]
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 `Bx CTwc
;NEHbLH#F
B7
T+a
6[i-Tl
二. 战前分析 _~r>C
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 U3>G9g>^B
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 *Co+UJjT
4^
A\w
MC3{LVNK
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); _nF_RpS
/* --------------------------------------------- */ %NuS!v>
vector < int *> vp( 10 ); @YRBZ6FH
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); Ngr7E
/* --------------------------------------------- */ t_3XqjuA
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); V@F~Cx
/* --------------------------------------------- */ KpWQ;3D2
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); q;U[f6JjE
/* --------------------------------------------- */ ?6|EAKJ`lK
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); /Bc
;)~
/* --------------------------------------------- */ 3>Yec6Hs
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 3;&N3:,X
:jA~zHO
0I,-1o|s
F"_SCA?9?
看了之后,我们可以思考一些问题: : )&_
1._1, _2是什么? :Q89j4,
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 2`x[y?Tn
2._1 = 1是在做什么? { Uh/ ~zu
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 VE!h!`<k
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 6HyQm?c>a
0HE@L_$;2
1L3L!@
三. 动工 -*3wNGh{
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 6j0!$q^
Pr" 2d\
'/mwXvl
`6'fX[j5
template < typename T > ' y1=Z
class assignment /Ue~W,|
{ A+AqlM+$i
T value; uSH.c>
public : tONxV`
assignment( const T & v) : value(v) {} mI-$4st]
template < typename T2 > x5s Yo\
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } qXgg"k%A\
} ; :\>@yCD
Fq:BRgCE
+n7bbuxj(X
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 c<|;<8ew
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment W2s6!_AN
<a; <|Fm.
G 7b>r
a(QYc?u
class holder x ^&D8&4^
{ cE'MSB
public : ~0eJ6i
template < typename T > Z)?B5FF
assignment < T > operator = ( const T & t) const !;>j(xc
{ D}OvD |<-
return assignment < T > (t); X)P9f N~7
} sk6C/ '0:
} ; *>I4X=
w*n@_n={
yP.,Dh s
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: Jsde+G,N
{FNmYneh?6
static holder _1; K 0R<a~
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 i|2CZ
,t2M ur
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ZjLu qo
而不用手动写一个函数对象。 nB>C3e
jOV,q%)^,:
j\@Ht~G
9\y\{DHd
四. 问题分析 =MMU(0 E
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 EbXWCD
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 @'P\c
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 cHP~J%&L
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 vuN!7*d+
下面我们可以对这几个问题进行分析。 Ls51U 7
?o$ hlX
五. 问题1:一致性 7
G37V"''
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?| w`ebZa/j
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 {5`=){
HFlMx
struct holder oQ
YmywY
{ \?EnTu.
// *e/8uFX
template < typename T > n06T6oc
T & operator ()( const T & r) const /N=;3yWF
{ pd%h5|*n;
return (T & )r; G)cEUEf
d
} Xlg0u.
} ; u?xXZ]_u-
Lfr>y_i;F
这样的话assignment也必须相应改动: W[BwHNxyg
jc0Trs{Jf
template < typename Left, typename Right > _|1m]2'9
class assignment LKX; ^
{ 0Tp,b (;n
Left l; ^t0Yh%V7
Right r; SyL:=NZ
public : <?h,;]U
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} xr yXO(
template < typename T2 > ?hfyQhR
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } #]SiS2lM#
} ; ;nx? 4f+6h
<4Ev3z*;Z
同时,holder的operator=也需要改动: ZkA05wPZ#
Z4VNm1qs
template < typename T > )y#~eYn
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const og$%`o:{
{ E!rgR5Bd
return assignment < holder, T > ( * this , t); v$JhC'
} #^i.[7p
}}s.0Q
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。 $_5a1Lq1
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 #t8{z~t3
*h9S\Pv>j
return l(rhs) = r; 0pW?v:!H
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。 @hV F}ybp
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: !8jr $
5`tMHgQO
template < typename Tp > 'h*^;3@*
class constant_t u6#FG9W7
{ \g;o9}@3~
const Tp t; 31-:xUIX
public : UB9n7L(@c
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} }.S4;#|hw
template < typename T > JlMD_p A
const Tp & operator ()( const T & r) const $C^tZFq
{ 7#pu(:T$
return t; &:@)roCR
} &)Z!A*w]
} ; ~9Jlb-*I5
wR@"]WkR=
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 z%0'v`7
下面就可以修改holder的operator=了 _VM()n;
9L+g;Js$4
template < typename T > 9*b(\Z)N
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const W? SFtz
{ %V;B{?>9zB
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); *;u'W|"/~
} <RaUs2Q3.
^6kE tTO*
同时也要修改assignment的operator() [gE_\=FSKu
+[_mSt
template < typename T2 > X8uAwHa6F
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } %xuJQuCqf
现在代码看起来就很一致了。 I/vQP+w O
9o<5Z=
六. 问题2:链式操作 }^a"
>$DU
现在让我们来看看如何处理链式操作。 @SX-=Nr
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。 tA{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。 [5T{`&
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。 /t=Fx94
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct <>?7veN92
xk\n F0z
template < typename T > XtP5IN\S
struct result_1 DV5K)m&G
{
WH^^.^(i
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; q:a-tdv2
} ; NG\g_^.M
!Sj0! \
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: E Z+L'
l1#F1q`^t
template < typename T > o4F?Rx,L
struct ref X Z4q{^o
{ chs] ,7R
typedef T & reference; =4_Er{AT
} ; S(
Vssi|y
template < typename T > , SB5"
struct ref < T &> jn,_Ncd#
{ Uw5AHq).
typedef T & reference; ;'i>^zX`
} ; )8@|+'q
bg/a5$t
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: yO*HJpc
\\iX9-aI<
template < typename T > rjWn>M
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const }_|qDMk+
{ -F~"W@9r
return l(t) = r(t); 9ymx;
} f3oGB*5>
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 mO8E-D*3
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 [$e\?c
b2Oj 1dP1
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 ,9YgznQ
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: e754g(|>b
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 E
E^lw61
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 3;Y9<
最后的布局是: ]@wKm1%v
Add G;he:Bf
/ \ Z3qr2/
Divide 5 cP2n,>:
/ \ 5KgAY;|
_1 3 tYUg%2G
似乎一切都解决了?不。 Y{D?&x%yq
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。 `;HZO8
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。 o>75s#=
b=
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: 7?"-:q
;|r<mT/,
template < typename Right > sa
w
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 1<D^+FC4b,
Right & rt) const =k\Qx),Ir
{ )'i n}M
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); mTBSntZx
} ,{Ga7rH*
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 Nz;f| 2h
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。 -58Sb"f
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。 p|n!R $_g\
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。 h pKrP
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。 ;U[W $w[
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? 'b:UafV
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: Y$0K}`{
-7u_ \XFk
template < class Action > KMP[Ledr
class picker : public Action W(o#2;{ln
{ 7bL48W<QD
public : D!rD-e
picker( const Action & act) : Action(act) {} (sp{.bU
// all the operator overloaded FV\$M6
_
} ; ODCv^4}9
jhB+ ]
Picker<T>继承自T,唯一的作用就是给T添加上了各种操作符的重载函数。 ]zh6[0V7V
现在所有参与行动的functor都要套上一层picker, _1被声明为 picker<holder>, 并且holder中所重载的操作符除了operator()之外全部被移到了picker内。而picker中的操作符重载的返回的functor也必须套上一个picker: '<1Q;3Ho
CZ.HQc
template < typename Right > o+g\\5s
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const .(Tf$V
{ qDPl( WXb
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); .6A{
} ?6 _U>d{
:u|F>e
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > N**"u"CX
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。 PBb'`PV
ofuQ`g1hb
template < typename T > struct picker_maker J5SOPG
{ 3Gt@Fo=
typedef picker < constant_t < T > > result; 1?{w~cF}
} ; x }i'2
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > So]O`RJv
{ ALt^@|!d
typedef picker < T > result; -)[~%n#X+t
} ; 15ImwQ
i+~H~k}"X
下面总的结构就有了: Am=O-;
b'8
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。 w"AO~LF
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。 E[M.q;rM
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 [-h=L
Jf#
至此链式操作完美实现。 LEA^o"NW.
l-M
.C8N
m`#UV-$J
七. 问题3 @pV&{Vp
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。 $}.#0c8I
vnH[D)`@
template < typename T1, typename T2 > >/7[HhBT
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const %i@Jw
{ g>H\"cUv
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); +?uZ~VSl
} c{!XDiT]P
XT\Q"=FD
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: ;w^{PZBg
J4jL%5t
template < typename T1, typename T2 > xcC^9BAj
struct result_2 /^b=| +Do
{ &I?d(Z=:\
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; g/OL^A
} ; Rs53R$PIR
MJG)fFl]O
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? fe7DS)U
这个差事就留给了holder自己。 RaAvPIJa |
Kr74|W=
F/U38[
template < int Order > CChCxB
class holder; B/bS:
template <> |"k+j_/+
class holder < 1 > z>O =. Ku6
{ i`EG80\[Z
public : qm|T<zsDY#
template < typename T > (zhi/>suG
struct result_1 UYsyVY`Fm|
{ _rfGn,@BH
typedef T & result; kUQdi%3yY;
} ; %<;PEQQ|C
template < typename T1, typename T2 > I]0
D*z
struct result_2 'v_VyK*w
{ #H&`wMZZ:
typedef T1 & result; {{Z3M>Q
} ; T|ZJ$E0
template < typename T > [:bYd}J
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const :DR}lOi`
{ c~{)vL0K
return (T & )r; P> ilRb
} R^tDL
template < typename T1, typename T2 > *N3X"2X:
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const ^RE("'+
{ 4%,E;fB?=
return (T1 & )r1; _.K<#S
} 7Un5Y[FZo
} ; B&4NdL/
3NxwQ,~
template <> FOD_m&+
class holder < 2 > -+Ab[
{ fv?vfI+m
public : GHR,KB7 xM
template < typename T > ~t.M!vk
struct result_1 zIh`Vw ,t0
{ ^{w]r5d
typedef T & result; Jevr.&