一. 什么是Lambda K7G|cZ/^
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 XwI~ 0
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, p]/qf\E
l/=2P_8+Z
*t_"]v-w
@UbH;m
class filler &ZkY9XO
{ |r5e#3w
public : Y}db<Cz
X
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} <Mdyz!
} ; 1|]IWX|
8KxBN)fO;
Ino$N|G[
这样实现不但麻烦,而且不直观。而如果使用lambda,则允许用户使用一种直观和见解的方式来处理这个问题。以boost.lambda为例,刚才的问题可以这么解决: "6[a%f#Q
Y|'0bujr
bfjC: "!H
:5Y
yI.T
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); (P(=6-0
U;o$=,_p
_J|TCm
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 'hEvW
*u?QO4>
}OQaQf9V{
=H<I` J'
二. 战前分析 3K8#,TK3
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。 Yf=an`"
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 goE \C
\a_75^2
%l4;-x<e
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); 2)iwAu
/* --------------------------------------------- */ 8OS@gpz
vector < int *> vp( 10 ); IE)$.%q;)
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); -qI8zs$:5
/* --------------------------------------------- */ r JvtE}x1
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); $nkvp`A
/* --------------------------------------------- */ fwkklg^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); ,A$#gLyk<
/* --------------------------------------------- */ nrhzNW>]
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); m;_gNh8 Ee
/* --------------------------------------------- */ O c[F
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); 9\QeH'A
;S&PLgZ
H^VNw1.
xj ?#]GR
看了之后,我们可以思考一些问题: $wr B5m?
1._1, _2是什么?
6#J>b[Q
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 |w{}h6a
2._1 = 1是在做什么? Bf21u9
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 jkQ%b.a
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 yb-1zF|
6>yfm4o
R&-Vm3mc3
三. 动工 .jXD0~N8q
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 5[[mS
A_y]6~Mu?~
yd}1Mx
&'V1p4'
template < typename T > qxQuXF>:#
class assignment H@'f=Y*D
{ '^{:HR#i
T value; aPwUC:>`D
public : ^t$xR_
assignment( const T & v) : value(v) {} Irc(5rD7
template < typename T2 > A6?!BB=]
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } b2tUJ2p
} ; oSl@EI
SSAf<44e
R1/h<I:
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 NQmdEsK
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment Wik8V 0(
Gp9:#L!
}eK.\_t=
(-[73v-w
class holder [0?W>A*h
{ vTl7x
public : }0oVIr
template < typename T > M%z$yU`ac
assignment < T > operator = ( const T & t) const ls@j8bVv^
{ s# 9*`K
return assignment < T > (t); fZtuP1-4
} g}OZ!mKd
} ; a/{M2
A-&XgOL
T!%J x.^
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: KNG7$icG
.Cz9?]jyI
static holder _1; Fd;%wWY.zm
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 tJvs
?eZ)
YHOo6syk
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ;i,3KJ[L
而不用手动写一个函数对象。 #8/pYQ;
UGP,/[XI
]2
EM7Z g 65
四. 问题分析 j[${h,p?
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 60#eTo?}o
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 U}R(
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 D$U`u[qjtS
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 P[%nD cB
下面我们可以对这几个问题进行分析。 WyU\,"
F#)@ c
五. 问题1:一致性 Y[rRz6.*(
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?| t`")Re_j
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 WNSY@q
6FkBb!ASk
struct holder se@?:n1)
{ w2) @o>w
// dT7!+)s5-
template < typename T > >zo_ }A!
T & operator ()( const T & r) const /liZ|K3A
{ g`(3r
return (T & )r; )?{jD
} a];1)zVA6
} ; 2&zklXuo:
)lH`a
这样的话assignment也必须相应改动: ?UV|m
JqV}>"WMV
template < typename Left, typename Right > dK41NLGQ
class assignment X?.tj
Z,
{ z#B(1uI
Left l; tz9"#=}0
Right r; V-9\@'gc
public : 6xLQ
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} j@R"AP}
template < typename T2 > ldnKV&N
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } g&rz*)|/
} ; cHC4Y&&uZ
3qkPe_<I
同时,holder的operator=也需要改动: G_`Ae%'h
>U)>~SQf
template < typename T > P9)L1l<3I
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 7/K L<T9@
{ "(mF5BE-E
return assignment < holder, T > ( * this , t); q[(1zG%NbA
} :{9HsF"h0
*).!
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。 Nw '$r
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 ]app 9
0),fY(D2T
return l(rhs) = r;
(aLjW=
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 3oV2Ek<d
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 7Vuf4Z5
&g~NkJc0c
template < typename Tp > 9)>+r6t
class constant_t OAaLCpRp
{ rv c%[HfW;
const Tp t; g>
m)XY
public : &Im-@rV!
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} ZiPz~G0[^
template < typename T > b&6lu4D
const Tp & operator ()( const T & r) const Dutc#?bT
{ <{j;']V;
return t; @Z5,j)
} AH?[K,3
} ;
#jsN
sL,|+>7T^M
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 ^r,0aNzAs
下面就可以修改holder的operator=了 ~14|y|\/
%rV|{@J `
template < typename T > sN K^.0
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const <fE^S
{ jO9!:L>b`
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 4I9Yr
} T[<554
T-h[$fxR_
同时也要修改assignment的operator() 7yjun|Lt}X
9z`72(
template < typename T2 > N,UUM|?9_
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } ui-]%~
现在代码看起来就很一致了。 0+&K;
xUNq!({T
六. 问题2:链式操作 ky&wv+7
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ^"~r/@l
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。 V`9*_8Dx2
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。 ObJ-XNcNH
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。 9m)gp19YA
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct * U}-Y*
&3J^z7kU
template < typename T > t/_\w"
struct result_1 !p76I=H%
{ ex^9 l b
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; e*}:tH
} ; |!/+T^u
HCCq9us
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: yo(MJ^=d
j5og}Pq:
template < typename T > `,]_r4~ ~
struct ref YQtq?&0Ct
{ u'k+t`V&
typedef T & reference; a5aHv/W#P
} ;
?!<Q8=
template < typename T > 1GIBqs~-
struct ref < T &> 1k^$:'
{ IuA4eDr^Y%
typedef T & reference; cLRzm9
} ; Z"qJil}
<lNNT6[/r
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下:
NFP h}D
J"@X>n
template < typename T > U|{ 4=[
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const :>Bk^"
{ Ujlbcv6+
return l(t) = r(t); +v'2s@e`
#
} Zy.A9Bh~
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 WW+F9~S
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 q`.=/O'
]N;nq
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 23Dld+E&
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: dG8mE&$g
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ^Sj;~
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 B2* 7H
最后的布局是: XT*/aa-1'
Add |z"$^|@d?
/ \ ZHUW1:qs
Divide 5 m @lUJY
/ \ C9!FnvH
_1 3 ,grx'to(X
似乎一切都解决了?不。 $tI<MZ&Z
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 sDR Av%w
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 3$Vx8:Rhdn
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[uN;B#V
1RX-`"^+
template < typename Right > :-lq Yd5^
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const -3ANNj
Right & rt) const eK5~gnv,
{ ixK9/5T
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); Qds:*]vGS
} [s\8@5?E
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 HmkxE
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。 :VWN/m
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。 );yZyWDV
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。 3TLym&
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。 akPd#mf
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? Wd+G)Mu_=
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: R,["w98a
ZMr[:,Jp
template < class Action > 6d6Dk>(V
class picker : public Action -!mtLaLw
{ H3vnc\d~
public : nk_X_y
picker( const Action & act) : Action(act) {} &cT