C++模板元编程(一)
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C++模板元编程(一)
首先看一个例子,利用模板元编程递归将无符号二进制数转换为十进制。
#include<iostream>using namespace std;// 递归,将无符号二进制转换为十进制//template<unsigned long N>class binary{public: static const unsigned int value = binary<N/10>::value * 2 + N % 10;};// 特化为N=0,终止递归template<>class binary<0>{public: static const unsigned int value = 0;};int main(){ std::cout << binary<101010>::value << std::endl; return 0;}
Traits和类型操纵
假设设计一个迭代器的,需要访问迭代器中的类型时。当迭代器是一个类时,可以在其中嵌套指定它的元素类型。但是普通的指针也可以用作合法的迭代器,便不能在其中指定其元素类型。
template<typename ForwardIterator1, typename ForwardIterator2>void iterSwap(ForwardIterator1 i1, ForwardIterator i2){ typename ForwardIterator1::value_type tmp = *i1; *i1 = *i2; *i2 = tmp;}
可以在其中引入一个中间层来解决此问题,通过该中间层进行类型计算来获得不同迭代器的元素类型。
/************************************************************************* > File Name: traits_test.cpp > Author: corfox > Mail: corfox@163.com > Created Time: 2015/12/27 11:39:56 ************************************************************************/#include <iostream>#include <iterator>#include <cstddef>using namespace std;template<typename Tp>class IteratorTraits{ public: //当使用一个依赖性的名字,且该名字表示一个类型时,C++标准要求使用typename关键字表明 typedef typename Tp::value_type value_type; typedef typename Tp::reference reference; typedef typename Tp::pointer pointer; typedef typename Tp::difference_type difference_type; typedef typename Tp::iterator_category iterator_category;};// 偏特化Tp为指针类型template<typename Tp>class IteratorTraits<Tp*>{ public: typedef Tp value_type; typedef Tp& reference; typedef Tp* pointer; typedef std::ptrdiff_t difference_type; typedef std::random_access_iterator_tag iterator_category;};template<typename ForwardIterator1, typename ForwardIterator2>void iterSwap(ForwardIterator1 i1, ForwardIterator2 i2){ typename IteratorTraits<ForwardIterator1>::value_type tmp = *i1; *i1 = *i2; *i2 = tmp;}void f(int *p1, int *p2, size_t length){ for (size_t i = 0; i < length; ++i) { iterSwap(p1++, p2++); }}void showArr(int *p, size_t length){ for (size_t i = 0; i < length; ++i) cout << *p++ << " "; cout << endl;}int main(void){ int arr1[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; int arr2[5] = { 6, 7, 8, 9, 10}; showArr(arr1, 5); showArr(arr2, 5); f(arr1, arr2, 5); showArr(arr1, 5); showArr(arr2, 5); return 0;}-----输出:1 2 3 4 56 7 8 9 106 7 8 9 101 2 3 4 5
元函数的定义:一个元函数可以是一个类模板,它的所有参数都是类型;或者一个类,带有一个名为“type”的公有嵌套结构类型(result types)。(摘自:《C++模板元编程》)
相关的概念:
1. 特化:类模板特化的语法规则template <variable part> class template-name<fixed part>
。显示特化(explicit specialization)中,variable part是空的,而fixed part则由具体的模板参数构成;在部分特化(partial specilization)中,variable part包含有一个参数列表,fixed part中则至少有一个实参依赖于这些参数。
2. 主模板(primary template):不是一个特化的模板声明称为主模板。
3. 实例化(instantiated):当编译器需要知道一个模板的更多内容(远比“其实参是什么”更多,包括诸如其成员的名字或基类的身份等)时,模板将被实例化。在该时刻,编译器为所有模板参数填充实际值,挑选最佳匹配的显示或部分特化,计算出模板本体内的声明中使用的所有类型和常量,并核查这些声明是否有误。然而,不到定义(definition)(例如成员函数本体)被使用时,它并不实例化定义。
4. 元数据:可被C++编译期系统操纵的“值”可以被认为是元数据。在模板元编程中,两种最常见的元数据是类型和整数常量。C++的编译期部分通常被称为纯函数式语言,因为元数据是不可变的,并且元函数不可以有任何副作用。
5. 元函数:一个操纵元数据并可以在编译期“调用”的“函数”。
6. Traits:一种通过类模板特化在小片元数据之间建立关联的技术。
练习
/************************************************************************* > File Name: excercise_210.cpp > Author: corfox > Mail: corfox@163.com > Created Time: 2015/12/28 9:59:50 ************************************************************************/#include <iostream>#include <type_traits>#include <cassert>#include <string>using namespace std;// 2-0struct Test{ virtual ~Test() { }};template<typename T>struct add_const_ref{ typedef const T& type;};template<typename T>struct add_const_ref<T&>{ typedef T& type;};// 2-1template<typename T, typename P, typename U, bool same>struct replace_type_indirect;template<typename T, typename P, typename U>struct replace_type{ static bool const value = std::is_same<T, P>::value; typedef typename replace_type_indirect<T, P, U, value>::type type;};// T与P是相同类型时template<typename T, typename P, typename U>struct replace_type_indirect<T, P, U, true>{ typedef U type;};// T与P不是相同类型时template<typename T, typename P, typename U>struct replace_type_indirect<T*, P, U, false>{ typedef typename replace_type<T, P, U>::type* type;};template<typename T, typename P, typename U>struct replace_type_indirect<T&, P, U, false>{ typedef typename replace_type<T, P, U>::type& type;};template<typename T, typename P, typename U>struct replace_type_indirect<T[], P, U, false>{ typedef typename replace_type<T, P, U>::type type[];};template<typename T, typename P, typename U, int N>struct replace_type_indirect<T[N], P, U, false>{ typedef typename replace_type<T, P, U>::type type[N];};template<typename T, typename P, typename U>struct replace_type_indirect<T(), P, U, false>{ typedef typename replace_type<T, P, U>::type type();};template<typename T, typename P, typename U, typename A>struct replace_type_indirect<T(A), P, U, false>{ typedef typename replace_type<T, P, U>::type type( typename replace_type<A, P, U>::type);};template<typename T, typename P, typename U, typename A1, typename A2>struct replace_type_indirect<T(A1, A2), P, U, false>{ typedef typename replace_type<T, P, U>::type type( typename replace_type<A1, P, U>::type, typename replace_type<A2, P, U>::type);};// 2-2template<typename T, typename S>inline T polymorphic_downcast(S* x){ assert(dynamic_cast<T>(x) == x); return static_cast<T>(x);}template<typename T, typename S>inline T polymorphic_downcast(S& x){ assert(dynamic_cast<typename std::add_pointer< typename std::remove_reference<T>::type>::type>(&x) == &x); return static_cast<T>(x);}struct SubTest : Test {};// 2-3template<typename T> struct type_descriptor{ string value; type_descriptor() { value = "The type T cannot be deduced."; } operator const char*() { return value.c_str(); }};template<> struct type_descriptor<int>{ string value; type_descriptor() { value = "int"; } operator const char*() { return value.c_str(); }};template<> struct type_descriptor<short int>{ string value; type_descriptor() { value = "short int"; } operator const char*() { return value.c_str(); }};template<> struct type_descriptor<char>{ string value; type_descriptor() { value = "char"; } operator const char*() { return value.c_str(); }};template<> struct type_descriptor<long int>{ string value; type_descriptor() { value = "long int"; } operator const char*() { return value.c_str(); }};template<typename T> struct type_descriptor<T*>{ string value; operator const char*() { value = type_descriptor<T>(); value += "*"; return value.c_str(); }};template<typename T> struct type_descriptor<T&>{ string value; operator const char*() { value = type_descriptor<T>(); value += "&"; return value.c_str(); }};template<typename T> struct type_descriptor<T const>{ string value; operator const char*() { value = type_descriptor<T>(); value += " const"; return value.c_str(); }};int main(void){ cout << "2-0" << endl; cout << std::boolalpha; // 测试T是一个引用,返回T cout << std::is_same<add_const_ref<Test&>::type, Test&>::value << endl; // 测试T不是一个引用,返回const T& cout << std::is_same<add_const_ref<Test>::type, Test>::value << endl; cout << std::is_same<add_const_ref<Test>::type, const Test&>::value << endl; cout << "2-1" << endl; cout << std::is_same<replace_type<void*, void, int>::type, int*>::value << endl; cout << std::is_same<replace_type<int const*[10], int const, long>::type, long*[10]>::value << endl; cout << std::is_same<replace_type<char& (*)(char&), char&, long&>::type, long& (*)(long&)>::value <<endl; // 2-2 SubTest b; Test *a_ptr = &b; SubTest *b_ptr = polymorphic_downcast<SubTest*>(a_ptr); Test& a_ref = b; SubTest& b_ref = polymorphic_downcast<SubTest&>(a_ref); cout << "2-3" << endl; cout << type_descriptor<int>() << endl; cout << type_descriptor<char *>() << endl; cout << type_descriptor<long const*&>() << endl; return 0;}
参考资料
- 《C++模板元编程》(David Abrahams, Aleksey Gurtovoy )
- c++模板元编程2
- C++模板元编程(一)
- c++模板元编程一:基本概念
- C++之:模板元编程(一)
- 【C++】traits技术与模板元编程
- 巩固C++(一)----R"()"去转移字符 & 绑定bind & 模板元编程
- 模板--模板元编程
- 【C/C++】C++模板元编程 入门简介
- c++模板元编程学习笔记(一)
- 初探模板元编程
- 模板元编程
- C++模板元编程
- 模板元编程
- 模板元编程
- C++模板元编程
- C++模板元编程
- 模板元编程-C++
- C++模板元编程
- 模板元编程(二)
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- mysql-5.7配置教程及首次启动服务失败解决办法
- 案例丨详解当当网的分布式作业框架elastic-job
- while(*i++=*t++)都做了些什么。
- 递归创建级联目录之Python_VS_PHP
- C++模板元编程(一)
- ProgressBar 颜色的设置
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