一. 什么是Lambda boC>N
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 'NQMZfz
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?Z+z
xWenKY,
}AMYU>YE=
%8Z|/LGg
class filler
Pqr Ou
{ O Ey:#9<'
public : .-C+0L1j
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} E>l#0Zw
} ; 2R_opbw
C,OB3y
haEZp6Z
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: *#prSS
CO:m]oj
bBeFL~
mR"2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); K^]?@oHO
Mv7w5vTl
~WYE"(
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 75hFyh;u
PK.h E{R
{|Mxvp*Hg
y]QQvCJr3d
二. 战前分析 |*]X\UE
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。 zCj*:n
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 =#POMK".6
d!}jdt5%
xVHQ[I%
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); fJF8/IQ4
/* --------------------------------------------- */ V\k5h
vector < int *> vp( 10 ); Pjj;.c 7_j
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); OVQxZ~uQ
/* --------------------------------------------- */ {jx#^n&5R
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ;H m-,W
/* --------------------------------------------- */ 0btmao-
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); T0*TTB&b
/* --------------------------------------------- */ @ 2%.>0s.
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); 8M3p\}O
/* --------------------------------------------- */ xvdnEaWe$
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); ;:-2~z~~
A3
Rm0
WRLu3nBx
' F 6au[
看了之后,我们可以思考一些问题: |04}zU%N
1._1, _2是什么? (<>Sz(
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。 C~
}Wo5
2._1 = 1是在做什么? xdbu|fC
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。 3-9J"d!
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。 @
@3)D%h
D:6x*+jah)
2t]! {L
三. 动工 mTXNHvv
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: 8eS@<[[F#
|j5AU
T_oW)G
$E4O^0%/p
template < typename T > ',J%Mv>Yf
class assignment -?%{A%'
{ M$>WmG1~D
T value; *xZQG9`kt
public : &t.>^7ELF
assignment( const T & v) : value(v) {} d9[6kQ]
template < typename T2 > 0()9vTY+
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } Ro3I/NI>
} ; VvMU)
Tl/Dq(8JH
^Lg{2hjj
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 P :7l#/x_
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment !Lg}q!*%>V
w=P<4bdT
{6=H/g=:i
MeK\eZ\
class holder y?R <g^A
{ .U(SkZ`6
public : -fSKJo#}|
template < typename T > i/O,`2
assignment < T > operator = ( const T & t) const P`IMvOs&
{ ++p&
x{
return assignment < T > (t); 7z P
} /xrq'|r?C
} ; /J9T=N
"` ?Wu
d,Dg"Z
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: Z#cU#)`y1
7"CH\*%
static holder _1; ~RR_[t2Z
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 \'^Z_6{w
Med"dHo7
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); ss*2TE7
而不用手动写一个函数对象。 Nh7!Ah
-)vp&-
B,VSFpPx
{;z
L[AgCg
四. 问题分析 .+JPtL
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。 $RFu
m'`5
1, 我们现在是把_1和functor看成两个不同的存在,会导致代码的重复。 k~9Ywf
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 PEQvEruZ}
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 rbJ)RN^.
下面我们可以对这几个问题进行分析。 8Jy1=R*S
\%4+mgiD
五. 问题1:一致性 :#&U95EC0
首先来看看1,合并_1和functor的最佳方法就是把_1本身也变成functor。那么_1的operator()会做什么事情呢?| M3Z Jt' |
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 ?=@Q12R)X
WCfe!P?g
struct holder 9:Z~}yX
{ tL4]6u
// vM4`u5
template < typename T > kq.R(z+
T & operator ()( const T & r) const v8fZ?dx
{ pt|$bU7
return (T & )r; ;Q,).@<C
} |s3HeY+Co
} ; U+}9X^
g7Q*KA+
这样的话assignment也必须相应改动: *ej o6>
_ L:w;Oy9T
template < typename Left, typename Right > my\oC^/9
class assignment hr}R,BR|
{ Ef*.}gcU
Left l; sFz4^Kn
Right r; N n-6/]d#
public : Ex s _LN
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} +MoxvW6
template < typename T2 > +fQ$~vr{'
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } O>):^$-K%
} ; KZ
>"L
tIy/QN_42
同时,holder的operator=也需要改动: 2mp>Mn~K^
u(G;57ms
template < typename T > (lck6v?h
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const PQ#-.K
{ |`D5XRVbi
return assignment < holder, T > ( * this , t); Q@.9wEAJ
} _.8]7f`*Gc
^l2d?v8
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。 _TcQ12H 5<
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 X'Il:SK
9DAwC:<r
return l(rhs) = r; FEi,^V
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。 Ly/~N/<\
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: _j<M}
iuk8c.TAR
template < typename Tp > %>:)4A
class constant_t :<7>-+pa
{ V^5k>`A
const Tp t; 3UtXxL&L`
public : y?4=u,{C
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} p`.fYW:p
template < typename T > 2+Y`pz47W
const Tp & operator ()( const T & r) const iwTBE]J
{ BL^Hj
return t; PaI63 !
} pO+wJ|f
} ; jJQfCOD$
p~;z"Z
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 Uo)<_nG
下面就可以修改holder的operator=了 ~map5@Kd
aeLo;!Jh
template < typename T > /@}# KP=
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const cZF;f{t
{ LK}eU,m=
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); /%'7sx[p
} Y~?YA/.x
| BWK"G
同时也要修改assignment的operator() \yizIo.Y`
MZMv.OeYt,
template < typename T2 > @ y2Bq['
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } >oYwzK0&
现在代码看起来就很一致了。 ieoUZCO^r\
=` >Nfa+,
六. 问题2:链式操作 F88SV6
现在让我们来看看如何处理链式操作。 Pw{{+PBu R
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。 @%85k/(
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。 Y$5v3E\uc
比较麻烦的是,operator()的返回值一般和其参数的类型相关,而operator()通常是一个模版函数,因此其返回值类型并不能用一个简单的typedef来指定,而必须实现一个trait。 3'uES4+r
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Z"nuO\zH~
DQXx}%Px
template < typename T > 7Ki7N{Kt
struct result_1 TK?N^ly
{ {$=%5
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; BqA wo
} ; nE.s
bGnJ4R3J
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: ebwoMG,B-
hUvH
t+d
template < typename T > J3E:r_+
struct ref J-?(sjIX
{ j'b4Sbs-f
typedef T & reference; XE%6c3s
} ; <[??\YOc
template < typename T > j?ubh{Izm
struct ref < T &> 9
f/tNQ7W
{ e';c8WF3E
typedef T & reference; [<Puh
} ; #yxYL0CcA:
hpKc_|un
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: :WTvP$R
oQB1fs
template < typename T > 'B:De"_(N
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const Q%d[U4@
{ *#9kFz-
return l(t) = r(t); Ykq }9
} $)a5;--W
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。 ,fLe%RP
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 }i~ j"m
g{{SY5qDj
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 U^S:2
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: nrhpId
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 4tKf
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 FJ.
:*K[
最后的布局是: jH/%Z5iu
Add LM`#S/h
/ \ k( ^ b
Divide 5 skArocs
/ \ RtEkd_2
_1 3 l'R`XGT
似乎一切都解决了?不。 IMEoov-x
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。 +T;qvx6
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。 ;:1mv
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: OPh@H.)^
$$>,2^qr&L
template < typename Right > 1 SZa\ ][@
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const 5n#&Hjb*F0
Right & rt) const D4T+Gk"n
{ |,f6c
Omf
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); B}T72!a
} Ps-d#~4U;
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 _CT|5wQF<
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。 wpmtv325
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。 |Q+v6r(<zZ
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。 yU`IyaazZ
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。 3P>@ :
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? Dn!V)T
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: l)bUHh5[
pgi7 JQ
template < class Action > pYQs|5d
class picker : public Action sIM`Q%
{ XRin~wz|S
public : =^}2 /vA
picker( const Action & act) : Action(act) {} u^9,u/gj
// all the operator overloaded 81g0oVv
} ; vsR&1hs
{)xrg sB
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。 }=)"uv
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: 93,ExgFt
9bvd1bKEW
template < typename Right > 8i"fhN3?Y
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const Rh^$0Q*2
{ 2|EoP-K7
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); ]e9kf$'
} I}{eYXh
0U~JSmj:2K
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > O%{>Zo_<