一. 什么是Lambda .AV)'j#6P
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 `,wu}F85
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, *X%m@KLIKv
P+e KZo
m}VM+=
i5hD#
class filler _RMQy~&b
{ '#\D]5
public : K|W^l\Lt
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} SM[{BH<
} ; tXF]t
L{g E'jCC
eX&Gw{U-f
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: 4dH}g~[P9
8OWmzY_=
ETv9k g
zIQzmvf
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); HU
B|bKy
(.K\Jg'Y6j
\zXlN
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 x:K?\<
~WVO
&UAe!{E0
vnX
二. 战前分析 ~4.r^)\
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。 gLj?Ys
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 a7H0!9^h
z xD,E@lF
Mjpo1dw
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); c
yQ(fIYl
/* --------------------------------------------- */ kD~uGA
vector < int *> vp( 10 ); Y{Ap80'\6
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); [2$4| ;7
/* --------------------------------------------- */ ZIxRyo-i
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ,W5.:0Y;f[
/* --------------------------------------------- */ ty1fcdFZM
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); D>ai.T%n
/* --------------------------------------------- */ g: %9jf
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); "#^MUQ!a
/* --------------------------------------------- */ <MD;@_Nz\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); RcY[rnI6
4dhqLVgL{
s(@h 2:j
f%^'P"R
看了之后,我们可以思考一些问题: )jW(6
1._1, _2是什么? W|Ldu;#
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。 ^,s?e.u$8`
2._1 = 1是在做什么? O?K./So&
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 Wz=OSH7"f
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 u,i]a#K
4~?2wvz G4
ol!86rky
三. 动工 ,j;PRJ
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Rmh*TQu
Vk<k +=7
^^LjI
tFU;SBt8Ki
template < typename T > ?#[)C=p]z
class assignment c;!g
{ W04av_u 5
T value; P;foK)AM
public : Z}Cqd?_')
assignment( const T & v) : value(v) {} 744=3v
template < typename T2 > w-FnE}"l
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ySX/=T:<;
} ; XSD%t8<LO
xe:' 8J6L
2bQ/0?.).-
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 n
E:'Zxj
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment (9.yOc4
cK}Pf+r>
,7/
_T\d<
hTS|_5b
class holder +t\^(SJ6
{ >[K?fJ$+
public : rZC3\,W
template < typename T > ;w6s<a@Zh
assignment < T > operator = ( const T & t) const d.}}s$Q
{ Y}1P~
return assignment < T > (t); Z.jCera.
} 3ut_Bt\
} ; WM< \e
#tz8{o?ebN
(KF7zP
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: edN8-P(
E`E'<"{Yd
static holder _1; : ^(nj7D
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 *FPg#a+
I)[B9rbe
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); oI$V|D3 9
而不用手动写一个函数对象。 EVz9WY
S:97B\u`
D0%FELG05
0VG=?dq
四. 问题分析 )1z4q`
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。 YRa4W.&Yn
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。 )
hdgz$cl
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 :uR>UDlPX
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 ZQLB`n@
下面我们可以对这几个问题进行分析。 {5x>y:v
Y@:3 B:m#
五. 问题1:一致性 vl~%o@*_
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?| Ec.)!Hu
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 +FBi5h
M)=|<h"F
struct holder )<'yQW=6
{ &!#2ZJ}{
// fk\5D[j^
template < typename T > _W+Q3Jx-(
T & operator ()( const T & r) const $~o3}&az
{ ^Ezcy?
return (T & )r; R<j<.h
} A:xb!=
2
} ; It\BbG=
-d_ 7*>m$
这样的话assignment也必须相应改动: &Q+]t"OA!
w%~qB5wF6
template < typename Left, typename Right > Ph"iX'J
class assignment E 8^sy*f
{ [J:zE&aj
Left l; ahoh9iJ
Right r; cUVTRWV
public : }wG|%Y#+r
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} 'Aet{A=9
template < typename T2 > |$ w0+bV*
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } 0$?qoS
} ; 6m\*]nOy4
<[FS%2,0mb
同时,holder的operator=也需要改动: [wIKK/O
{"}+V`O{
template < typename T > C &FN#B
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const ZU^Q1}</5
{ A ')(SGSc
return assignment < holder, T > ( * this , t); 5
2fO)!
} W&LBh%"g
S#hu2\9D,
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。 gm}C\q9
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 FBbm4NB
&BTfDsxAK
return l(rhs) = r; B~BUWWMfp
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。 W=M<
c@
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: s|KfC>#
.8%vd
template < typename Tp > =Y:5,.U
class constant_t MsSoX9A{D
{ V 3%Krn1'
const Tp t; h#;?9DP
public : [I_BCf
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 3me<~u
template < typename T > $<14JEU
const Tp & operator ()( const T & r) const wo$|~
Hr
{ 9PWm@
Nlf
return t; ^Y#@$c
} tvK rc
} ; J1& A,Gb
kS[Dy$AB/2
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 XZ!cW=bqS
下面就可以修改holder的operator=了 C!`>cUhE{
c;nx59w]q
template < typename T > EGr|BLl
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const pEJ#ad
{ `g2&{)3k
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); rn[$x(G
} 55(J&q
WNl&v]
同时也要修改assignment的operator() Ae3,W
1+VY><=n
template < typename T2 > [`cdlx?Eh
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } Hs.6;|0%
现在代码看起来就很一致了。 r=xTs,xx
ZKZl>dDuh
六. 问题2:链式操作 Bi$
0{V Z8
现在让我们来看看如何处理链式操作。 ?hP<@L6K
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。 :Xh_$4~^Y
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。 SxnIX/]J
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。 @G7w(>_T3
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct qZ `n Zi
Ax :3}
template < typename T > 4o)(d=q
struct result_1 C+ZQB)gn
{ 'nC3:U
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; wE-Ji<1HJ
} ; O-y6!u$6&
qr7 X-[&
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: >Iu]T{QNO
u4`mQ6
template < typename T > +R3\cRM
struct ref 3(cU)
{ A%.J%[MVz
typedef T & reference; Q:'qw#P/C
} ; ]Y?{$M
G
template < typename T > bS_y_9K
struct ref < T &> uEc0/a :.
{ cfrvy^>,
typedef T & reference; ~| 4U@
} ; p} t{8j>
V=G b>_d
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: pil0,r
$D
r\4*\
template < typename T > OL,/-;z6
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const !C9ps]6
{ $]Q*E4(kV9
return l(t) = r(t); .rt8]%
} !:]s M-cCt
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 >!:$@!6L
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 #i}# jMT
/k4^&
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 OpWC2t)
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: (M+,wW[6
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 ~0'_K1(H
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 zgEr ,nF
最后的布局是: vkDZv@
Add =F",D=
/ \ {[YqGv=fF
Divide 5 R=#q"9qz
/ \ -6hu31W
_1 3 ~u O:tL
似乎一切都解决了?不。 s0~05{
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。 {<''OwQF~+
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。 &KOG[tv
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: ,v$2'm)V
~#HH;q_7m
template < typename Right > GFASF,+
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const X+?Il)Bv
Right & rt) const knNhN=hG+
{ T:w2
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); \]L::"![?
} ;PP_3`
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 X]3l| D
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。 =hZ&66
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。 ft~|
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。 CP F>^Mp#
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。 xdFP$Y~ogy
且慢,也许立刻就有人跳出来说:这样的话那个XXX怎么写呢?这样不是会导致循环依赖么?这样不是会有downcast么? UY }9
正解,让picker做基类确实不是一个好主意。反过来,让picker继承functor却是一个不错的方法。下面是picker的声明: X\c1q4oB[
PsF- 9&_
template < class Action > @1J51< x
class picker : public Action z$I[kR%I{
{ N+C%Z[gt[
public : >Rl0%!
picker( const Action & act) : Action(act) {} O]$*EiO\
// all the operator overloaded 6ywnyh
} ; onWYT} c{
pAUfG^v
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。 +[X.-,yW
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: ,N))=/
6\)8mK
template < typename Right > o1p$9PL\:
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const TNX%_Q<
{ u@:=qd=\
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); {LMS~nx
} 4acP*LkkQ
9 "
}^SI8
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > Z,N7nMJf
使用picker还带来一个额外的好处。之前提到picker_maker要区分functor和常量,有了picker,区分的方法就非常简单了:凡是属于picker<T>的都是functor,否则就是常量。 <manv8*6
3H\b N4
template < typename T > struct picker_maker e@2E0u4
{ ;QvvU[eb
typedef picker < constant_t < T > > result; laD.or
} ; &8:iB {n
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > [`Qp;_K?t
{ Gct&}]3pm
typedef picker < T > result; 0%qctZy
} ; YP
.%CD(K
VAF:Z
下面总的结构就有了: \ eyQo>(
functor专心模拟操作符的行为,并实现一个result_1来告诉别人自己的返回类型。 NXWIE4T>*^
picker专心负责操作符之间的产生关系,由它来联系操作符合functor。 QvK]<HEr
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 Y|x6g(b
至此链式操作完美实现。 WW8YB"
6/V{>MTZg
bz}AO))Hk
七. 问题3 xRTg
[
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 vBCZ/F[
[#
tT o;q
template < typename T1, typename T2 > pT_e;,KW
U
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const :(S/$^ U
{ RB$ 8^#
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); 2os6c te
} )z*$`?)k
)z4kP09
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: 6%ti B?
oRvm*"8B
template < typename T1, typename T2 > @$b+~X)7
struct result_2 um_M}t{
{ !w;A=
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; v#<+n{B
} ; q=E}#[EgY
[V #&sAe
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{E^<fW]
这个差事就留给了holder自己。 *"wD&E?
f-f\}G&G
EDa08+Y
template < int Order > t+4%,n f_1
class holder; |V~(mS747:
template <> /O(;~1B
class holder < 1 > :;hBq4h
{ 8HH.P`Vk#
public : ]B[/sqf
template < typename T > 3/SqXu
struct result_1 v_1JH<GJ-
{ b#\kZ/W
typedef T & result; -~Z@,
} ; 9T0wdK]
template < typename T1, typename T2 > UNZVu~WnF
struct result_2 P".qL5
{ dn.c#,Y
typedef T1 & result; ~]_jKe4W
} ; ReGO9}
template < typename T > I;":O"ij\
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const |)P;%Fy9
{ ^x1D]+
return (T & )r; CsST-qxg
} ][$$
=
template < typename T1, typename T2 > yn ?U7`V
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const !f]3Riw-=,
{ J\,e/{,X
return (T1 & )r1; hoD[wAC
} 5-QvQ&eH.
} ; raI~BIfe
uwS'*5tU
template <> FUTyx"
class holder < 2 > hwol7B>
{ !PP?2Ax
public : Nm:|C 3_I
template < typename T > kp
&XX|
struct result_1 ?k7/`gU
{ 1
FIiX
typedef T & result; {*]=qSz
} ; '?!<I
template < typename T1, typename T2 > &MGgO\|6
struct result_2 Z`1o#yZ
{ D<L{Z[
typedef T2 & result; ~zOU/8n
,F
} ; o'}Z!@h
template < typename T > qI%9MI;BV
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & r) const QX~72X=(
{ Hd@T8 D*A
return (T & )r; cJE>;a
} []fj~hj
template < typename T1, typename T2 > W!9f'Yn
typename result_2 < T1, T2 > ::result operator ()( const T1 & r1, const T2 & r2) const RV @(&