c++模版元编程

先看下c++中模板的使用，参考这个文章：http://www.kuqin.com/language/20090405/44193.html

1. 模板的概念。

我们已经学过重载(Overloading)，对重载函数而言,C++的检查机制能通过函数参数的不同及所属类的不同。正确的调用重载函数。例如，为求两个数的最大值，我们定义MAX()函数需要对不同的数据类型分别定义不同重载(Overload)版本。

//函数1.

int max(int x,int y);
{return(x>y)?x:y ;}

//函数2.
float max( float x,float y){
return (x>y)? x:y ;}

//函数3.
double max(double x,double y)
{return (c>y)? x:y ;}

但如果在主函数中，我们分别定义了 char a,b; 那么在执行max(a,b);时 程序就会出错，因为我们没有定义char类型的重载版本。

现在，我们再重新审视上述的max()函数，它们都具有同样的功能，即求两个数的最大值，能否只写一套代码解决这个问题呢？这样就会避免因重载函数定义不 全面而带来的调用错误。为解决上述问题C++引入模板机制，模板定义：模板就是实现代码重用机制的一种工具，它可以实现类型参数化，即把类型定义为参数， 从而实现了真正的代码可重用性。模版可以分为两类，一个是函数模版，另外一个是类模版。

2.   函数模板的写法

函数模板的一般形式如下：

Template <class或者也可以用typename T>

返回类型 函数名（形参表）
{//函数定义体 }

说明： template是一个声明模板的关键字，表示声明一个模板关键字class不能省略，如果类型形参多余一个 ，每个形参前都要加class <类型 形参表>可以包含基本数据类型可以包含类类型.

请看以下程序:

//Test.cpp

#include <iostream>

using std::cout;

using std::endl;

//声明一个函数模版,用来比较输入的两个相同数据类型的参数的大小，class也可以被typename代替，

//T可以被任何字母或者数字代替。

template <class T>

T min(T x,T y)

{ return(x<y)?x:y;}

void main( )

{

     int n1=2,n2=10;

     double d1=1.5,d2=5.6;

     cout<< "较小整数:"<<min(n1,n2)<<endl;

     cout<< "较小实数:"<<min(d1,d2)<<endl;

     system("PAUSE");

}

程序运行结果：　

 

程序分析：main()函数中定义了两个整型变量n1 , n2 两个双精度类型变量d1 , d2然后调用min( n1, n2); 即实例化函数模板T min(T x, T y)其中Ｔ为int型，求出n1,n2中的最小值．同理调用min(d1,d2)时，求出d1,d2中的最小值．

3. 类模板的写法

定义一个类模板：

Template < class或者也可以用typename T >
class类名｛
／／类定义．．．．．．
｝；

说明：其中，template是声明各模板的关键字，表示声明一个模板，模板参数可以是一个，也可以是多个。

例如：定义一个类模板：

// ClassTemplate.h
#ifndef ClassTemplate_HH

#define ClassTemplate_HH

template<typename T1,typename T2>

class myClass{

private:

     T1 I;

     T2 J;

public:

     myClass(T1 a, T2 b);//Constructor

     void show();

};

//这是构造函数

//注意这些格式

template <typename T1,typename T2>

myClass<T1,T2>::myClass(T1 a,T2 b):I(a),J(b){}

//这是void show();

template <typename T1,typename T2>

void myClass<T1,T2>::show()

{

     cout<<"I="<<I<<", J="<<J<<endl;

}

#endif

// Test.cpp

#include <iostream>

#include "ClassTemplate.h"

using std::cout;

using std::endl;

void main()

{

     myClass<int,int> class1(3,5);

     class1.show();

     myClass<int,char> class2(3,"a");

     class2.show();

     myClass<double,int> class3(2.9,10);

     class3.show();

     system("PAUSE");

}

最后结果显示：

 

4.非类型模版参数

一般来说，非类型模板参数可以是常整数（包括枚举）或者指向外部链接对象的指针。

那么就是说，浮点数是不行的，指向内部链接对象的指针是不行的。

template<typename T, int MAXSIZE>

class Stack{

Private:

       T elems[MAXSIZE];

…

};

Int main()

{

       Stack<int, 20> int20Stack;

       Stack<int, 40> int40Stack;

…

};

模板元编程，参考下面这篇文章：

http://kelvinh.github.io/blog/2013/08/09/cpp-template-meta-programming/

C++模板元编程初探

这篇博客，主要是为了记一下当初看到C++模板元编程时的震惊程度。

在看Effective C++的时候，条款48，其中有这样一个例子：

template<unsigned n>struct Factorial {    enum {        value = n * Factorial<n-1>::value    };};template<>struct Factorial<0> {    enum {        value = 1    };};

int main() {    std::cout << Factorial<5>::value;    std::cout << Factorial<10>::value;}

这个例子初看很简单，只是一个递归求阶乘的小程序。但和一般的求阶乘的程序有什么区别呢？区别很小，但也很大：普通的程序的阶乘运算发生在运行阶段，而这个程序的阶乘运算发生在编译阶段！！

在模板类 Factorial<n> 中，定义了一个枚举，枚举的 value 成员值定义为 n和 Factorial<n-1>::value 的乘积；而且对模板参数 n = 0 的情况进行了特化，其value为1。实际上这是一个递归终止的条件。

在编译器编译到 Factorial<5> 这个表达式的时候，由于递归调用，它会先编译Factorial<4> ，然后继续编译 Factorial<3> ……
直到特化后的 Factorial<0> 。所以，在编译完程序之后，Factorial<5>::value 的值就已经确定，在运行的时候，程序直接输出结果，没有任何计算过程。

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记得曾经，同事跟我聊天的时候，有聊到说C++的模板编程可以使运算在编译时发生，而不在运行时发生，但当时他没举具体例子。我当时以为他在吹牛，在我看来，C++模板只不过是为了泛化一些数据结构而已，所以我当时也没太在意。现在看来，是我太孤陋寡闻了。实际上，C++模板元编程是图灵完备的，可以将其看成是一种单独的编程语言，只不过它的运行环境是编译器，输出是普通的C++程序。

但C++模板元编程也不是没有缺点，列举几个如下：

1. 产生多余的代码，导致可执行程序体积增大（这个问题因编译器而定，好的编译器会进行优化）
2. 编译速度慢
3. 编译出错信息几乎无法理解（注意：是“无法理解”，不是“难以理解”或者“不好理解”）