一. 什么是Lambda @X _<y
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 W @X/Z8.(
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, B=4xZJPy
/< OoZf+[
;y"=3-=vM"
**oaR
class filler 8'niew
5d
{ mes/gqrJ1I
public : ]c67zyX=%
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} .u+ZrA#
} ; my.%zF
x]e&G!|
V^v?;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: <BUKTRq
Ne 2tfiI`
=vd9mb-
P(n_eIF-f
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); 'Gr}<B$A3
-&AgjzN!
5$Q}Zxh
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 BZ '63
4[&L<D6h
Kd<c'!
T-;|E^
二. 战前分析 '@jP$6T&
首先要说明的是,我并没有读过boost.lambda或其他任何lambda库的代码,因此如代码有雷同,纯属巧合。 /Dmuvb|A
开始实现以前,首先要分析出大致的实现手法。先让我们来看几段使用Lambda的代码 l r16*2.
+2qCH^80
L0sb[:'luz
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); q6A"+w,N
/* --------------------------------------------- */ Rxl )[\A*
vector < int *> vp( 10 ); *$+:Cbe-F
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); )BJ Z{E*
/* --------------------------------------------- */ V2v}F=
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); \dB)G<_
/* --------------------------------------------- */ >[$j(k^
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); {.,-lFb\
/* --------------------------------------------- */ ./Y5Vk#Rp\
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); I(bxCiRV
/* --------------------------------------------- */ ['`Vg=O.{
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ,MmX(O0
UWf@(8
<w9<G
BEfP#h=hr
看了之后,我们可以思考一些问题: eeOE\
1._1, _2是什么? eG\|E3Cb9
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 `A\|qH5`W
2._1 = 1是在做什么? t XbMP
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 7uI~Xo?N
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 gq:2`W&5
^U5g7Emf
?'jRUf l
三. 动工 Xy[*)<
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 4:50dj
hFiJHV
}O7!>T
x2 _?B[z
template < typename T > :m{;<LRV
class assignment v}>5!*
{
l
;fO]{
T value; HW"';M%
public : It@1!_tO2
assignment( const T & v) : value(v) {} x&['g*[L0
template < typename T2 >
4u.v7r
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } ?h1r6?Sug{
} ; )W0zu\fL =
;_ TP Jy
k~|5TO
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 p10i_<J]=
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment &%infPI'
7hq$vI%0
YU(|i}b
`#Yv(a2TY
class holder k2@|fe
{ {~=Z%Cj2Q
public : &>KZ4%&?
template < typename T > M{
assignment < T > operator = ( const T & t) const J
Gpy$T{t
{ ;q;}2
return assignment < T > (t); :Qd{V3*]
} %aHQIoxg
} ; 8
FJ>W.
0DR:qw
Zf [#~4
由于该类是一个空类,因此我们可以在其后放心大胆的写上: d8V)eZYXy~
TM?RH{(r
static holder _1; B}|(/a@*
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 K3xs=q]:@
M<KWx'uV
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); jeLC)lQ*
而不用手动写一个函数对象。 Xv2u7T\
S(Ej: H
)V6<'>1WZ
O.+02C_*
四. 问题分析 l^WPv/}?
虽然基本上一个Lambda已经初步实现出来了,但是仔细想想,问题也是很多的。 t(sQw '>
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 7L"Pe'Hw
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 NMCMY<o
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 \'}? j- 8
下面我们可以对这几个问题进行分析。 d7)EzW|I;
#sg^l>/*
五. 问题1:一致性 ~6HaZlBB
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| )8244;
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 7z@Jw
x[w!buV0\
struct holder hZ;[}5T\<S
{ p0b2n a
!
// XSDudL
template < typename T > 5kju{2`GF
T & operator ()( const T & r) const ]DV=/RpJ9B
{ a{deN9Qn
return (T & )r; ,vE)/{:d
} }X;LR\^u[f
} ; pZA0Go2!IN
qL
0{w7
这样的话assignment也必须相应改动: 0**.:K<i
nTd[-3o
template < typename Left, typename Right > <dA D-2O+
class assignment nYF;.k
{ O*%@(w6
Left l; }vGWlNd#g
Right r; G&?,L:^t
public : fSL'+l3
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} sERm+x<
template < typename T2 > ='"hB~[
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } JXa5snh{h
} ; )?zlhsu}1;
pMy];9SvW
同时,holder的operator=也需要改动: [fjP.kw;J
cIJqF.k
template < typename T > o7A+O%dX
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const 7B"*< %<
{ E2Jmo5yJR
return assignment < holder, T > ( * this , t); HAtf/E]
} `ywI+^b
Qe6'W
好,这样holder也成为了一个functor,这为我们以后添加功能节省了很多代码。 F#S)))#
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 #3WKm*T/
X\yy\`o
return l(rhs) = r; r`8>@2sW1
在这一句中,r没有调用operator()而l调用了。这样以后就要不时的区分常数和functor,是不良的设计。 Z<2j#rd
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: 8:=EA3
E#L"*vh
template < typename Tp > PAUepO_
class constant_t -{tB&V~+v
{ ~s[St0
const Tp t; }bZcVc2
public : P
nxx W?
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} -? |-ux
template < typename T > &~SPDiu.t
const Tp & operator ()( const T & r) const MkCq$MA
{ )8rN
return t; 2VgDM6h
} q#n0!5Lv2
} ; K\2UwX
.e,(}_[[<
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 S.#IC
lV
下面就可以修改holder的operator=了 `]q>A']Dl
UDUj
template < typename T > f L}3I(VK
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const 1;Dug
{ \~O}V~wE
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); ,8vqzI
} -x)zyq6
;<9 dND
同时也要修改assignment的operator() =%\y E0#
>>nt3q
template < typename T2 > sr*3uI-)L
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } '0juZ~>}
现在代码看起来就很一致了。 4 )U,A~!
r z
六. 问题2:链式操作 !|1GraiS
现在让我们来看看如何处理链式操作。 N!u(G
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。 jQgy=;?Lwm
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。 ^-24S#KE
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。 8!T6N2O6d
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Gh:hfHiG
64hl0'67y
template < typename T > uzA_Zjx
struct result_1 # RG/B2
{ '^!1A GF
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; E[Rd=/P6
} ; O$2'$44HX
9MmAoLm
那么如果参数为T,其返回值类型就为result_1<T>::result。上面代码的ref<T>为一个类型转换类,作用是返回T的引用。不直接加上&符号的原因是如果T本身就是Q的引用Q&,那么Q&&是非法的。因此ref的实现即为: X;hV+|Bo
F_?aoP&5
template < typename T > J'%
struct ref Jp0*Y-*Y
{ _2wU(XYH
typedef T & reference; -S ASn
} ; 2[ #7YWs
template < typename T > k6pXc<]8
struct ref < T &> #:Tb(R
{ ks=l
Nz9
typedef T & reference; Q|O! cEW/
} ; y7s:Buyc
^D{!!)O
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: D(m2^\O[
<ah!!
template < typename T > ~Lyy7B9
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const "'@iDq%y
{ 78iu<L+If
return l(t) = r(t); ^o*$OM7x
} /hojm6MM
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。 *gJ:irah
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 +;H-0Q5
aMxg6\8
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 6zJ<27
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: sn4wd:b7%
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 u+&t"B
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 2itJD1;
最后的布局是: (.:!_OB0N
Add B``)
/ \ Vm_waa
Divide 5 E*uz|w3S)Y
/ \ tML[~AZh
_1 3 .5i\L OTd
似乎一切都解决了?不。 Jj_ t0"
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。 fG+/p 0sJ?
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。 lf<