C/C++编程：hello 模板元编程

Myth丶恋晨 2023-01-16 03:21 125阅读 0赞

# 什么是模板元编程 #

模板元编程：**编译系统将会执行我们所写的代码，来生成新的代码，而这些新代码才真正实现了我们所期望的功能。**

通常， 模板元编程这个概念意味着一种反射的特性，模板元编程组件只是程序的一部分，而且它也只生成一部分代码或者程序。

# 为什么要引入模板元编程 #

模版元编程的最大特点在于：某些用户自定义的计算可以在程序翻译期进行。而这通常都能够在性能（在程序翻译期所进行的计算通常可以被优化）或者接口简单性（一个模板元编程通常比它所扩展的程序简短）方面带来好处

# 看个例子 #

目的：使用模板在编译期间进行某些计算

> **模板实例化机制是一种基本的递归语言机制，可以用于在编译期执行复杂的计算**。因此，这种随着模板实例化所出现的编译期计算通常被称为**模板元编程**。

例子：

template<int N>
    class Pow3{
        
    public:
        enum {
        result = 3*Pow3<N-1>::result};
    };
    
    template<>
    class Pow3<0>{
        
    public:
        enum {
        result = 1};
    };

实际上，在模板元编程后面所做的工作是递归的模板实例化。在这个计算 3 N 3^N 3N的递归模板实例化将应用下面两个规则：  
![在这里插入图片描述][2021042317574853.png]  
首先，第1个模板实现了一般的递归原则：

template<int N>
    class Pow3{
        
    public:
        enum {
        result = 3*Pow3<N-1>::result};
    };

当实例化一个正数N时，模板Pow3<>需要计算所含枚举值的结果，这个值将会是以N-1为模板参数实例化相同模板后，对应模板的result值\*3；

而第2个参数是一个用于结束递归的特化，它确定了Pow3< 0 >的结果：

template<>
    class Pow3<0>{
        
    public:
        enum {
        result = 1};
    };

那怎么用呢？

int main(){
        
    	std::cout << Pow3<7>::result ;
    }

在这里，Pow3< 3 >模板（包含它的特化）就被称为一个模板元编程。它描述一些可以在(翻译期)编译期进行求值的计算。而这整个求值过程属于模板实例化过程的一部分

# 枚举值和静态常量 #

在原来的C++编译器中，在类声明的内部，枚举值是声明“真常值”（也成为常量表达式）的唯一方法。然而，现在的情况已经发生了改变，C++的标准化过程引入了在类内部进行静态常量初始化的概念。例如：

struct TrueConstants{
        
    	enum {
        Three = 3};
    	static int const Four = 4;
    };

也即是说，上面的Pow3可以更改如下：

template<int N>
    class Pow3{
        
    public:
        static int const result = 3 * Pow3<N - 1>::result;
    };
    
    template<>
    class Pow3<0>{
        
    public:
        static int const result = 1;
    };

与上一个版本不同的是，这里使用静态常量成员，而不是枚举值。但是，这个版本有一个缺点：静态成员变量只能是左值。因此，推荐使用枚举值，而放弃使用静态常量

[2021042317574853.png]: /images/20221022/2b7cde2018044576af70d43b4a0e4432.png