模板元程序 （十）

2.9 一些细节
在这一章中我们已经讨论了很多的基础。从 traits 到元函数的旅程，将我们从最简单的泛型程序的类型关联，引入到了使得元程序编程可以看成是一级代码实践的基础原则。我们也深挖了 C++ 模板机制，对于 type traits 库有了一个大概的了解，并且看到了它实际的一些组件，在这样的一个广阔领域里，一个重要的细节却被忽视了。我们将在回顾这章重点的时候将它们补回来。


特化
用在 C++ 模板中的特化的含意很难于解释，因为它有两种不同的使用方式。第一种指用特定的参数来引用模板，如 iterator_traits<int*>。换句话说，一个模板特化实际上是指的类型（在函数模板特化的情况下是函数），这是通过将模板的形参用特定的参数来替换而得到了。

第二种特化的使用，则出现在“显式物化” 和 “部分特化” 中。在这一种章中我们已经展示了 iterator_traits 的这两种特化方式。“名字”显式“也许并不是很准确，因为”部分特化”也是一种显式的。你可以将“显式特化”看成是“完全特化”，但却没有失去其原有含义。
回忆一下声明类模板特化的语法规范（第二种含义），只要记住下面的方式：

    template <variable part>
    struct template-name<fixed part>


在显式特化（或者是完全特化）中，variable part 是空的，而 fixed part 由具体的模板参数组成。在部份特化中，variable part 是一个参数列表，并且至少有一个 fixed part 中的参数依赖于这个列表中的参数。


主模板
声明成非特化（第二种特化含义）的模板，我们就称为主模板，我们可以认为主模板是应对通用情况，而特化则是针对几种特别情况。


实例化
当编译器需要知道模板更多更详细的参数，而不仅仅是他的参数是其成员函数的名字或者是其基类的标识符时，则被称为实例化。如模板被实现。在这个点上，编译器用实际的模板参数填入模板参数，并且选择最匹配的显式特化或者部分特化（如果有）。并且指出用在模板体中使用的类型及常数。并且重新检查这些声明的是否正确。但并不实例化定义（如成员函数体），而直到他们被使用时才会这么做。如：

    template <class T, class U>
    struct X
    {
        int f(T* x) // 声明
        {
           U y[10]; // 定义
           return 0;
        }
    };

    typedef X<int&, char> t1; // OK; 未实例化
    t1 x1;                    // 错误，指向 int& 的指针非法
    typedef X<int, char&> t2;
    t2 x2;                    // OK; 声明通过
    int a = x2.f();           // 错误： char & 的数据非法
   
正如你所见，模板的实现化不仅能影响到编译速度，同时也影响你的编译是否可以通过。
   
Blob
就是一个类型中，带有许多的成员（包括成员函数），在面向对象的编程中就称为“blob”[BMMM98]。类型中的所有成员都是相互“偶合的”，因为他们必须被声明在一起。为了避免偶合，并且提高粒度，应该反对这样的反模式。相反，应该将这些 traits 定义成分离的元函数。

元数据

就是能够被 C++ 编译期机制所操作的 “value”，我们都可以认为它是元数据。在模板元程序中，两种最通常的元数据就是类型与整数（包括 bool）常数。在 C++ 的编译期部分通常都表示成一种“纯函数语言”，因为元数据是不可变的，而元函数不能有任何的副作用。

多态
在字面上来讲，就是“拥有多种形式”。在计算机语言中，多态指的是通过一个共同接口操作不同类型的能力。拥有一致的接口是保证代码可重用及组件间自然交互的最好方法。因为 C++ 模板并非天生将不同类型的元数据进行多态化看待， MPL 因此按照非类型元数据换装在类型元数据中的习惯来完成多态。特别地，数值元数据在一个类型中出现为一个内嵌的数值常数 ::value。

元函数
就是在编译期调用的使用元数据的“函数”。在此书的后面部分，一个模板或者一个类能被称为一个元函数，仅在其没有非类型的参数，并且返回一个称为 type 的类型。输入给类模板的参数，同时也是编译期计算的输入。而 ::type 就是其结果，因此如下的表达式：
 
 some_metafunction<Arg1, Arg2>::type
 
与运行时的计算有相似：
 some_function(arg1, arg2)

数值元函数
就是为一个数值返回一个包装类的元函数。为了方便，许多的数值元函数本身提供了一个内嵌的 ::value 成员，通过这样来直接访问数值结果：

some_numerical_metafunction<Arg>::value

而不用这样写：

some_numerical_metafunction<Arg>::type::value

空元函数
就是有公共可访问的 ::type，并且可用作接受0个参数的元函数使用的类。根据定义，任何一个元函数的特化（上面第一种含义），像 boost::remove_pointer<char*> 都是合法的空元函数。

Traits
通过类模板特化在不同的元数据之间建立关联的技术。 traits 的一个关键特性就是它是非侵入式的：我们可以在不修改被关联项的情况下重新创建新的关联。MPL 元函数则被看成是 traits 的一个特例，MPL 的元函数对于任何一个输入都只有一个输出。

Type traits
Boost Type Traits 库是一个元函数库，它包含了一些低阶的类型操作元函数，例如， add_reference 的结果就是一个 reference：
    boost::add_reference<char>::type      // char&
    boost::add_reference<int&>::type      // int&

Type Traits 主要由 bool 元函数组成，这些元函数可用来判断任何的类型的特性。便如：

    boost::is_reference<char>::value      // false
    boost::is_reference<int&>::value      // true