《c++ templates》学习笔记（12）——第十七章 metaprogram

1 第十七章 metaprogram

1.1 Metaprogram的第一个例子

书上举了一个计算3的N次幂的例子，我将其扩展为计算M的N次幂。代码如下：

template<int M, int N>

class Power{

public:

enum{ result = M*Power<M, N-1>::result};

};

template<int M>

class Power<M, 0>{

public:

enum { result = 1};

};

事实上，Template metaprograming后面所做的工作就是递归的模板实例化。

此处的Power就被称为一个template metaprograming。它描述了一个可以在翻译期求值的计算。

1.2 枚举值和静态常量

在老版的c++中（比如vc6），在类声明的内部，枚举值时声明“真常值”的唯一方法。然而，现在的情况发生了变化，c++标准化过程中引入了在类内部进行静态常量初始化的概念（在vs2003之后即可）。

所以，上面的枚举值其实可以用静态常量来代替。代码如下：

template<int M, int N>

class Power{

public:

//enum{ result = M*Power<M, N-1>::result};

static int const result = M*Power<M, N-1>::result;

};

template<int M>

class Power<M, 0>{

public:

//enum { result = 1};

static int const result = 1;

};

得到的结果是一样的。

然而，该版本存在一个缺点：静态成员变量只能是左值。因此，如果你有一个如下声明：

Void foo(int const&);

而且你把metaprogram的结果传进去，即：

Foo(Power<3,4>::result>;

那么编译器必须传递Power<3,4>::result的地址。这会强制编译器实例化静态成员的定义，并且为该定义分配内存。

但是枚举值却不是左值（即没有地址）。因此在你使用引用传递时，并不会使用任何静态内存，就像是以文字常量的形式传递这个完成计算的值一样。所以，我们一般鼓励使用枚举值。

1.3 第二个例子：计算平方根

template<int N, int LO=0, int HI=N>

class Sqrt{

public:

enum{ mid = (LO+HI+1)/2};

enum{ result = (N<mid*mid) ? Sqrt<N,LO,mid-1>::result: Sqrt<N, mid, HI>::result};

};

template<int N, int M>

class Sqrt<N, M, M>{

public:

enum{result = M};

};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

//17.3

i = Sqrt<4>::result;

return 0;

}

在上面的例子中，如果我们将其展开，那么会得到：

Sqrt<4>::result;

//mid = (0+4+1)/2 = 2

=(4<2*2)? Sqrt<4,0,1>::result : Sqrt<4, 2, 4>::result;

//其中Sqrt<4,0,1>::result

//mid = (0+1+1)/2=1

=(4<1*1) ? Sqrt<4,0,0>::result : Sqrt<4, 1, 1>::result;

=(4<1*1) ? 0:1;

=1;

//其中Sqrt<4, 2, 4>::result

//mid=(2+4+1)/2=3

=(4<3*3) ? Sqrt<4, 2, 2>::result : Sqrt<4, 3, 4>::result;

=(4<9) ? 2 : Sqrt<4, 3, 4>::result;

//其中Sqrt<4, 3, 4>::result

//mid = (3+4+1)/2=4

=(4<4*4)? Sqrt<4, 3, 3>::result : Sqrt<4, 4, 4>::result;

=(4<16)? 3 : 4;

=3;

=2

=2

我们看到，上面得到了以下的这些实例化体：

Sqrt<4, 0, 0>::result

Sqrt<4, 1, 1>::result

Sqrt<4, 2, 2>::result

Sqrt<4, 3, 3>::result

Sqrt<4, 4, 4>::result

Sqrt<4, 0, 1>::result

Sqrt<4, 2, 4>::result

Sqrt<4, 3, 4>::result

由于代码中试图使用::运算符来访问类的成员，所以类中的所有成员同时会被实例化。这就意味着：不仅实例化条件运算符正面分支的模板，还会实例化负面分支的模板。这将会导致庞大的实例化体。

对于任何编译器来说，模板实例化通常都会是一个代价高昂的过程。