一. 什么是Lambda Z"A:^jZ<s
所谓Lambda,简单的说就是快速的小函数生成。 .d;/6HD[y
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, J?{uG8)
T
^uBMDYe
3=z'Ih`
xf |=n
class filler l ^{]pD
{ iC
2:P~
public : y<Z8+/f`f
void operator ()( bool & i) const {i = true ;} ]C_6I\Z#=W
} ; LGK}oL'
%k"-rmW
M
C>{I3
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: ZC05^
>[[< 5$,T
F4*f_lP
3N?uY2
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = true ); $OmtN"
2e+DUZBoC
uu HWN|
那么下面,就让我们来实现一个lambda库。 5ES$qYN
v6]lH9c{,
OA[w|Tt
:[Fwc
二. 战前分析 j5AW}
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。 KY@k4S+
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 dP )YPy_`
4!D!.t~r
iidK}<o
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); S#jE1 EN
/* --------------------------------------------- */ yVSJn>l!
vector < int *> vp( 10 ); VF;%Z
transform(v.begin(), v.end(), vp.begin(), & _1); *T 6<'a
/* --------------------------------------------- */ N'IzHyo.
sort(vp.begin(), vp.end(), * _1 > * _2); ?'^xO:
/* --------------------------------------------- */ a93Aj
int b = * find_if(v.begin, v.end(), _1 >= 3 && _1 < 5 ); wqJH
/* --------------------------------------------- */ yhZ 2-*pTg
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << * _1 << ' \n ' ); n{|~x":9V
/* --------------------------------------------- */ &6h,' U
for_each(vp.begin(), vp.end(), cout << constant( ' \n ' ) << * _1); gmt`_Dpm$
znD0&CS9q
1_%3cN.
ZM0vB% M|
看了之后,我们可以思考一些问题: s(-$|f+s
1._1, _2是什么? iielAj*b
显然_1和_2都满足C++对于标识符的要求,可见_1和_2都是对象。 %G>*Pez%
2._1 = 1是在做什么? )%P!<|s:5
既然_1是一个对象,那么_1的类必然重载了operator=(int)。那么operator=返回什么呢?该函数所返回的对象被传入for_each的第3个参数,可见其返回了一个函数对象。现在整个流程就很清楚了。_1 = 1调用了operator=,其返回了一个函数对象,该函数对象能够将参数1赋值为1。 ^dRB(E}|)
Ok,回答了这两个问题之后,我们的思路就很清晰了。如果要实现operator=,那么至少要实现2个类,一个用于产生_1的对象,另一个用于代表operator=返回的函数对象。 UkeX">
MK,#"Ty}zK
(;\JCeGA
三. 动工 Ak&eGd$d
首先实现一个能够范型的进行赋值的函数对象类: Iq(BH^K
uPt({H
j&u{a[Y/}
XXvM*"3D5
template < typename T > _A1r6
class assignment c JGU~\
{ <$R'y6U:
T value; QrDI$p7;'
public : uK1DC i
assignment( const T & v) : value(v) {} 5!-'~W
template < typename T2 > K '7M\:zy
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return rhs = value; } 0;KjP?5
} ; FZO}+ P
c#Y/?F2p
_I+QInD ;)
其中operator()被声明为模版函数以支持不同类型之间的赋值。 ZDMS:w.'T
然后我们就可以书写_1的类来返回assignment &i$p5
22(7rUkI
XC%u`UG
b dP @^Q
class holder W:'H&`0
{ |L,_QXA2
public : s$s~p
+U
template < typename T > 3vepJ)D (
assignment < T > operator = ( const T & t) const t,Ss3
{ S8 .1%sw
return assignment < T > (t); A63=$
} \W4|.[
} ; @T)kqT
c>mTd{Abi
5LM Ay"
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: QZw`+KR
Lk#8G>U
static holder _1; lf-1;6nyk"
Ok,现在一个最简单的lambda就完工了。你可以写 |ZC@l^a7
epXvk
&
for_each(v.begin(), v.end(), _1 = 1 ); k nTCX
而不用手动写一个函数对象。 zsOOx%
+
Y?IvG&])
crTRfqF
';'gKX!9V
四. 问题分析 1L3+KD~
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。 -Ph"#R&
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。 m?GBvL$
2, 目前这个Lambda还无法实现如_1 = 2 = 3这样的链式操作。 :< X&y
3, 我们没有设计好如何处理多个参数的functor。 F}MjZZj(U=
下面我们可以对这几个问题进行分析。 xU9T8Lw
hX4V}kj
五. 问题1:一致性 `8M{13fv
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?| J@$KF GUs
很明显,_1的operator()仅仅应该返回传进来的参数本身。 r"YOA@
XN|[8+#U<@
struct holder Smg z}
{ djmd
@{Djt
// E/OfkL*\
template < typename T > ZB+~0[C
T & operator ()( const T & r) const q[}W&t,
{ SJ*qgI?}T
return (T & )r; 'nJ,mZx
} l\tg.O~
} ; iewwL7
nOTe 3?i>
这样的话assignment也必须相应改动: $-AG$1
BMi5F?Q'G
template < typename Left, typename Right > yd|ao\'=
class assignment
}o[NB
{ NWue;u^
Left l; >v#6SDg
Right r; ({$>o] <h
public : 4p<c|(f#
assignment( const Left & l, const Right & r) : l(l), r(r) {} q8SHFKE
template < typename T2 > Bi-x
gq'z
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r; } ,76Q*p
} ; ,eSII2,r4
T|k_$LH
同时,holder的operator=也需要改动: o#uhPUZ
{&TP&_|H
template < typename T > &[b(Lx|i
assignment < holder, T > operator = ( const T & t) const xcE2hK/+
{ <I 0 EjV
return assignment < holder, T > ( * this , t); fL(_V/p^
} I+eKuWB
N1fPutl$a
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。 j4%\'xj:
你可能也注意到,常数和functor地位也不平等。 VV-%AS6;
\ORE;pG
return l(rhs) = r; U{52bH<
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。 g|Xjw Ti8$
那么我们仿造holder的做法实现一个常数类: +OaBA>Jh9
Lky T4HC8n
template < typename Tp > sq_
yu(
class constant_t W4#E&8g%
{ h^v+d*R
N
const Tp t; yYH>~,
public : R+# g_"1@p
constant_t( const Tp & t) : t(t) {} 6GMwB@ b
template < typename T > K |^OnM
const Tp & operator ()( const T & r) const Owz>g4l
r
{ XyYP!<].C
return t; -&h<t/U
} `3^%ft~l
} ; Z{^Pnit
;>CM1
该functor的operator()无视参数,直接返回内部所存储的常数。 L-`?=- 9`
下面就可以修改holder的operator=了 Bo4iX,zu
ffy,ds_7
template < typename T > U!b~vrr^
assignment < holder, constant_t < T > > operator = ( const T & t) const a\m0X@Q
{ t vp kc;
return assignment < holder, constant_t < T > > ( * this , constant_t < T > (t)); 9~v#]Q}Z}4
} wvI}|c
Zt \3y
同时也要修改assignment的operator() 'tDVSj
awgS5We|
template < typename T2 > 2m,t<Y;
T2 & operator ()(T2 & rhs) const { return l(rhs) = r(rhs); } LG
vPy
现在代码看起来就很一致了。 , }B{)
~pw%p77)
六. 问题2:链式操作 PmA_cP7~
现在让我们来看看如何处理链式操作。 u}-)ywX
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。 chur(@Af
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。 xJ^pqb
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。 V^kl_!@
现在我们在assignment内部声明一个nested-struct Tffdm
vMYEP_lhK,
template < typename T > Na.)!h_Kn'
struct result_1 r)gtx!bx
{ 72\o6{BiC
typedef typename ref < typename Left::result_1 < T > ::result > ::reference result; ^.~ F_
} ; e@ DVf
2{01i)2 y
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: ,#.9^J
`L
@`l
template < typename T >
z:d+RMA
struct ref OSkBBo]~z
{ K 5AArI
typedef T & reference; "|GX%>/
} ; :@,UPc-+
template < typename T > 4Y{&y6
struct ref < T &> #{~3bgY
{ Es&'c1$^s
typedef T & reference; t+aE*Q
} ; L[Y|K%;~
?m h0^G
有了result_1之后,就可以把operator()改写一下: i> PKE.
}4_c~)9Q
template < typename T > xeSv+I-b
typename result_1 < T > ::result operator ()( const T & t) const `cqZ;(^
{ -O6\!Wo=-
return l(t) = r(t); *oru;=D@8
} 89fl\18%
可能大家已经注意到我定义assignment的operator()的返回类型的时候,是直接将其定义为Left的operator()返回类型的引用形式,如果实际上处理的对象的operator=并不是按照常理来声明的,那么这段代码可能就编译不过。这的确是一个很麻烦的事情。实际上,在gcc下,使用typeof关键字可以很容易的得到该类型的operator=的返回类型,就可以让这段代码变得更有通用性。然而为了实现可移植性,我不得不放弃这个诱人的想法。 {\5-b:#_
同理我们可以给constant_t和holder加上这个result_1。 g?9%_&/})A
M7gM#bv>L
有了这个result_1,链式操作就简单多了。现在唯一要做的事情就是让所有的functor都重载各种操作符以产生新的functor。假设我们有add和divide两个类,那么 sx][X itR+
_1 / 3 + 5会出现的构造方式是: s/OXZ<C|
_1 / 3调用holder的operator/ 返回一个divide的对象 GI/4<J\
+5 调用divide的对象返回一个add对象。 PF]Vt
最后的布局是: m@y_Wt
Add i; 3qMBVY~
/ \ 8zH/a
Divide 5 l 5z8]/
/ \ C/!8NV1:4
_1 3 y5:al7*P
似乎一切都解决了?不。 (=w ff5U
你可以想象一下一个完整的Lambda库,它必然能够重载C++几乎所有的操作符。假设其重载了10个操作符,那么至少会有10个代表这些操作符的functor类。大体上来讲,每一种操作符所对应的functor都应当能够由链式操作产生别的任意一种操作符所对应的functor。(例如:*_1 = 2既是由operator*的functor产生operator=的functor)。可想而知这样一共能产生10*10=100种产生方式。这是对编码的一个大挑战。 B=hJ*;:p
如何简化这个问题呢?我们不妨假定,任意一种操作符的functor,都能够产生任意一种操作符的functor,这样,每一种操作符的functor都拥有一样的产生方案。如果某种转换确实是不合法的(例如:A/B=C无论如何也不可能合法),那么在试图产生新functor的时候会出现编译错误。幸好C++的模版是如果不使用就不编译的,因此这种编译错误不会干扰到正常的使用,这正是我们所要的。 eo'C)j# U
OK,我们的方法呼之欲出了。既然所有的functor都具有一样的产生方案,那么不如大家都不要实现,等到最后统一的在所有的functor里面加上这么一系列的产生代码吧。例如,如果要添加从某functor XXX到operator=的functor的产生代码: o88Dz}a
K9Bi2/N
template < typename Right > }9>X M
assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > operator = ( const q^+Z>
Right & rt) const l&m'?.gf
{ 'q*:+|"
return assignment < XXX, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); AK5$>Pkvk
} <P<^,aC/j
下面对该代码的一些细节方面作一些解释 R,ddH[3
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。 et :v4^*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!+s96
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。 *,p16"Q;
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。 :]-? l4(%
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? Mta;6<
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\ G^W8
n`g:dz
template < class Action > g bwg3$!9
class picker : public Action My\
{ P7p'j
public : 6882:,q
picker( const Action & act) : Action(act) {} 5A*'@Fr'G
// all the operator overloaded pd
X"M>
} ; w\3'wD!
{>=#7e-]
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。 X5eTj
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: /yj-^u\R
QtsyMm
template < typename Right > =Pgu?WU@
picker < assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > > operator = ( const Right & rt) const R7!^ M
{
\l8$1p
return assignment < Action, typename picker_maker < Right > ::result > ( * this , rt); G q
r(.
} b3!,r\9V
L8j#lu
Piker_maker返回的也是picker<T>,或者picker<constant_t<T> > A[m4do
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。 "227 U)Q
Gg9NG`e6I
template < typename T > struct picker_maker #]5|Qhrr+
{ Q.[^5
8
typedef picker < constant_t < T > > result; s%~p?_P
} ; rKys:is
template < typename T > struct picker_maker < picker < T > > ';?b99
{ dSBW&-p
typedef picker < T > result; t#h<'?\E
} ; :}18G}B
$W;IW$
下面总的结构就有了: .o5r;KD
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。 Epm=&6zf
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。 Zm@
O[:~
picker<functor>构成了实际参与操作的对象。 WtTwY8HC
至此链式操作完美实现。 #/9(^6f:
/< CjBW:
(FAd'$lhX}
七. 问题3 md/Z[du:'
如何使用多参数的函数对象呢?考虑_1=_2,这个functor必须接受2个参数,因此所产生的assignment对象的operator()必须能接收2个参数。 lYu1m
WwDxZ>9jw
template < typename T1, typename T2 > =}~hbPJM
??? operator ()( const T1 & t1, const T2 & t2) const l@om2|B
{ M('cG
return lt(t1, t2) = rt(t1, t2); ?y{C"w!
}
<&'r_m
~4iIG}Y<
很明显,这个函数的返回类型会依赖于T1,T2,因此result_1已经无法适用,我们就只好再写一个result_2: X+K$y:UZ
p=(;WnsK
template < typename T1, typename T2 > $V)LGu2(m
struct result_2 a".uS4x
{
0fPqO2
typedef typename ref < typename Left::result_2 < T1, T2 > ::result > ::reference result; ?%h JZm;
} ; +mT}};-TS
5yQv(<~*G
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? VBssn]w
这个差事就留给了holder自己。 FBcF
SJ-g2aAT
Al`[Iu&
template < int Order > 9Yowz]')
class holder; hqY9\,.C
template <> soZw""|v
class holder < 1 > [#td
{ 0\jOg
public : ^F~e?^s
template < typename T > 1h+!<