青青草原综合久久大伊人导航_色综合久久天天综合_日日噜噜夜夜狠狠久久丁香五月_热久久这里只有精品

C++ Programmer's Cookbook

{C++ 基礎} {C++ 高級} {C#界面,C++核心算法} {設計模式} {C#基礎}

模版元編程(Template Meta Programming )

 

I.背景

C
++在很多人的心目中,一直是一種OO語言,而事實上,現在對C++的非OO部分的各種使用被逐漸地挖掘出來,其中最大的部分莫過于是 template。STL、loki、boost,,很多先行者為我們提供了方案,有的已經被列入C++標準的一部分。template的一個重要使用方法就是template meta programming,它利用編譯器對于template的解釋是靜態的這一特性,讓編譯器在編譯時做計算,可以有效的提高程序的運行速度。有關于 template meta programming的記載,最早見于Erwin Unruh,他在1994年寫了一個用template計算質數的程序。我希望通過這篇文章介紹一些TMP的基本技巧和應用,并且最終完成一個質數計算程序。
(閱讀本文的過程中,建議你試圖編譯每一個給出的程序。由于所有的類只需要public成員,所以都用struct聲明,但是仍然稱之為類。)

II.技術

通常我們編寫一個(小)程序,需要的語言支持其實不必很多,只要有順序、選擇和循環三種控制結構理論上就可以寫出大多數程序了。我們先用TMP建立一個簡單的語言環境。

1.打印

程序有了結果,需要有一個方式反饋給運行者,這里我們利用C
++的出錯信息,建立一個打印函數。要知道我們希望一切都在編譯的時候結束,那么我們就必須讓C++編譯器在編譯信息里面告訴我們,所以我們利用編譯器的出錯信息。當然這只是一個trick,如果你的TMP只是程序的一部分,你可以使用正常的輸入輸出。

template
<unsigned int value>
struct print
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;
};

這個類,每當別人引用到它的result的時候,編譯器就會打印出錯信息,因為一個unsigned int是不能隱式的轉成一個unsigned char
*的。譬如下面這段程序

template
<unsigned int value>
struct print
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;
};

unsigned 
int test1 = print<77>::result;
unsigned 
int test2 = print<123>::result;

在我的Dev C
++里,會輸出

main.cpp: In instantiation of `print
<77>':
main.cpp:7: instantiated from here
main.cpp:
4: invalid conversion from `unsigned char*' to `unsigned int'
main.cpp: In instantiation of `print<123>':
main.cpp:8: instantiated from here
main.cpp:
4: invalid conversion from `unsigned char*' to `unsigned int'

這個輸出雖然不是很好看,但也算是差強人意。

2.選擇

Andrei Alexanderescu在他的大作Modern C
++ Design里面使用過一個類,可以根據bool的值選擇不同的類型。今天我們要寫的一個是根據bool的值選擇不同的整數。

template
<bool condition, unsigned int value1, unsigned int value2>
struct template_if
{
static 
const unsigned int result = value1;
};

template
<unsigned int value1, unsigned int value2>
struct template_if
<false, value1, value2>
{
static 
const unsigned int result = value2;
};

這里用到了模板的特化,如果你對這個不熟悉,那么大致可以這樣理解:第一個template_if的定義告訴編譯器,“一般的” template_if,會選擇第一個值作為結果。第二個template_if告訴編譯器,如果第一個參數是false的話,我們就使用第二個值(第三個參數)作為結果。下面這段代碼演示了template_if的用法。

template
<unsigned int value>
struct print
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;
};

template
<bool condition, unsigned int value1, unsigned int value2>
struct template_if
{
static 
const unsigned int result = value1;
};

template
<unsigned int value1, unsigned int value2>
struct template_if
<false, value1, value2>
{
static 
const unsigned int result = value2;
};

template
<unsigned int value>
struct print_if_77
{
static 
const unsigned int result = template_if<value == 77 , print<value>::result , 0>::result;
};

unsigned 
int test1 = print_if_77<77>::result;
unsigned 
int test2 = print_if_77<123>::result;

如果你去編譯這段代碼的話,你會發覺77和123都被打印出來了,雖然錯誤信息不一樣,但是這不是我們想要的結果。為什么呢?很遺憾,對C
++編譯器來說,template_if<true1100>和template<true1200>是兩個不同的類,雖然后一個參數的值我們并不關心,但是編譯器必須在template初始化的時候,給出所有的參數,這就導致它會去計算 print<value>::result,當然,計算的結果就是報錯。也就是說,因為編譯器要計算這個值才導致了我們的print不可用,要解決這個問題,有兩個方法:或者讓編譯器不計算這個值,或者讓編譯器在某些情況下可以計算出正確的值。

方法一可以讓編譯器不計算這個值,通過修改template_if,我們傳入兩個不同的類,而不是unsigned 
int
首先修改print,加一個新的類dummy_print:

template
<unsigned int value>
struct print
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;
};

template
<unsigned int value>
struct dummy_print
{
static 
const unsigned int result = value;
};

接著,加入一套對類型進行選擇的模板:

template
<bool condition, typename T1, typename T2>
struct template_if_type
{
static 
const unsigned int result = T1::result;
};

template
<typename T1, typename T2>
struct template_if_type
<false, T1, T2>
{
static 
const unsigned int result = T2::result;
};

這樣原先的程序就變成:

template
<unsigned int value>
struct print
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;
};

template
<unsigned int value>
struct dummy_print
{
static 
const unsigned int result = value;
};

template
<bool condition, typename T1, typename T2>
struct template_if_type
{
static 
const unsigned int result = T1::result;
};

template
<typename T1, typename T2>
struct template_if_type
<false, T1, T2>
{
static 
const unsigned int result = T2::result;
};

template
<unsigned int value>
struct print_if_77
{
static 
const unsigned int result = template_if_type<value == 77 ,
 dummy_print
<value> , print<value>>::result;
};

void main()
{
unsigned 
int test1 = print_if_77<77>::result;
//unsigned int test2 = print_if_77<123>::result;
}

現在的“運行結果”非常正確。

方法二可以讓編譯器在某些情況下計算出正確的值,我們加一套新的模板:

template
<bool condition, unsigned int value>
struct print_if
{
static 
const unsigned int result = value;
};

template
<unsigned int value>
struct print_if
<false, value>
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;

};

原先的程序變為:
template
<bool condition, unsigned int value>
struct print_if
{
static 
const unsigned int result = value;

};

template
<unsigned int value>
struct print_if
<false, value>
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;
};

template
<unsigned int value>
struct print_if_77
{
static 
const unsigned int result = print_if<value == 77 , value>::result;
};

void main()
{
unsigned 
int test1 = print_if_77<77>::result;
//unsigned int test2 = print_if_77<123>::result;
}


輸出也是正確的。

這兩種方案,我個人傾向于后者,因為其實我們一定是要做一次判斷的,并且這次判斷一定會添加新的類,那么還是print_if的解決方案比較直觀。

3. 循環

首先必須明確的是,template不可能實現我們一般意義上的循環,但是它可以做一件和循環類似的事情:迭代。
如果有這樣一個循環:
for( unsigned int i = 0 ; i < value ; ++i )
我們可以這樣寫:

template
<unsigned int value>
struct 
loop
{
static 
const unsigned int result = loop<value - 1>::result + 1;
};

template
<>
struct 
loop<0>
{
static 
const unsigned int result = 0;
};

這就是告訴編譯器,我們的迭代從0開始,到value結束,每個值是前者加1。
下面給出一個更廣泛的循環的實現:
for( unsigned int i = begin ; i < end ; i = i + step ),假設0<=begin<end,并且step>0。(更復雜的情況,總可以通過template specialization分派完成)

template
<unsigned int begin, unsigned int end, unsigned int step, bool loop_continue = begin < end >
struct 
loop
{
static 
const unsigned int result = loop< begin + step, end, step>::result - step;
};

template
<unsigned int begin, unsigned int end, unsigned int step>
struct 
loop<begin, end, step, false>
{
static 
const unsigned int result = begin;
};

這里的result的計算過程不重要,關鍵是為了驅動編譯器進一步的實例化模板。
下面是一個實例程序,用來打印13到29之間的整數,步長為5。

template
<bool condition, unsigned int value>
struct print_if
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;
};

template
<unsigned int value>
struct print_if
<false, value>
{
static 
const unsigned int result = value;
};

template
<unsigned int begin, unsigned int end, unsigned int step, bool loop_continue = begin < end >
struct 
loop
{
static 
const unsigned int result = loop< begin + step, end, step>::result - step;
static 
const unsigned int print_result = print_if<true, result>::result;
};

template
<unsigned int begin, unsigned int end, unsigned int step>
struct 
loop<begin, end, step, false>
{
static 
const unsigned int result = begin;
};

static unsigned 
int result = loop<13,29,5>::result;

III.應用

上面我已經介紹了怎樣用TMP實現打印,選擇和循環了,現在我們來把這些投入運用。下面我會用上面的所提供的機制,寫兩個程序:計算階乘和計算質數。

1.計算階乘

我們先寫一個普通的C
++程序來計算階乘:

#include 
<iostream>

int main()
{
unsigned 
int limit = 10;
unsigned 
int factorial = 1;
for( unsigned int i = 1 ; i <= limit ; ++ i )
factorial 
*= i;
std::cout
<<factorial<<std::endl;
}

這個程序是一個一重循環,我們就用循環來做:

template
<unsigned int value>
struct print
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;
};

template
<unsigned int begin, unsigned int end, unsigned int step, bool loop_continue = begin < end >
struct 
loop
{
static 
const unsigned int result = loop< begin + step, end, step>::result * begin;
};

template
<unsigned int begin, unsigned int end, unsigned int step>
struct 
loop<begin, end, step, false>
{
static 
const unsigned int result = begin;
};

static unsigned 
int result = print<loop<1101>::result>::result;

因為這里不必要盤算是否輸出,所以就直接用print了。

2.計算質數

同樣,我們先寫一個普通的程序來計算:

#include 
<iostream>

int main()
{
unsigned 
int limit = 30;
for( unsigned int i = 2 ; i <= limit ; ++i )
{
unsigned 
int j;
for( j = 2 ; j < i ; ++j )
if( i % j == 0 )
break;
if( i == j )
std::cout
<<i<<std::endl;
}
}

這里用到了兩層循環,而且還是用了分支和打印。用我們提供的機制轉化成TMP形式如下:

template
<bool condition, unsigned int value>
struct print_if
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;
};

template
<unsigned int value>
struct print_if
<false, value>
{
static 
const unsigned int result = value;
};

template
<bool condition, unsigned int value1, unsigned int value2>
struct template_if
{
static 
const unsigned int result = value1;
};

template
<unsigned int value1, unsigned int value2>
struct template_if
<false, value1, value2>
{
static 
const unsigned int result = value2;
};

// 這里增加一個i作為參數,因為在內循環也需要知道外部的i的值

template
<unsigned int i, unsigned int begin, unsigned int end, unsigned int step, bool loop_continue = begin < end >
struct inner_loop
{
static 
const unsigned int result = template_if<i % begin,
inner_loop
< i, begin + step, end, step>::result,
begin
>::result;
};

template
<unsigned int i, unsigned int begin, unsigned int end, unsigned int step>
struct inner_loop
<i, begin, end, step, false>
{
static 
const unsigned int result = begin;
};

template
<unsigned int begin, unsigned int end, unsigned int step, bool loop_continue = begin < end >
struct outer_loop
{
static 
const unsigned int result = outer_loop< begin + step, end, step>::result;
static 
const unsigned int is_prime = inner_loop<begin, 2, begin, 1>::result == begin;
static 
const unsigned int print_result = print_if<is_prime, begin>::result;
};

template
<unsigned int begin, unsigned int end, unsigned int step>
struct outer_loop
<begin, end, step, false>
{
static 
const unsigned int result = 0;
};

static unsigned 
int result = outer_loop<2301>::result;

III.細節

另外有兩點要說一下:
我們的template_if其實有一種更簡單的寫法,就是?:表達式。
而我們的print_if和print其實可以用確省的模板參數來統一,唯一的區別是,要把value放在condition前面。

template
<unsigned int value, bool condition = true>
struct print
{
static 
const unsigned int result = (unsigned char*)value;
};

template
<unsigned int value>
struct print
<value,false>
{
static 
const unsigned int result = value;
};

這樣你可以用print
<value>來打印一個數值,也可以用print<value, condition>來做判斷打印。

IIII.后記

很久以前看Inside OLE2的時候,記得作者說過一句話:作者因為寫書而明白。我其實幾年前就寫過類似的程序,但是從來沒有對這樣程序的寫法進行過總結以至于每一次都是在重新開始。而寫完這篇文章后,我覺得自己比過去明白很多。template meta programming還有很多不同的應用,我以后有機會會繼續介紹給大家。
對于這篇文章有任何問題,請發信到 polyrandom@hotmail.com 和我聯系,也請訪問 http:
//www.allaboutprogram.com/ 以獲得最近的更新。

posted on 2007-03-05 10:33 夢在天涯 閱讀(5204) 評論(2)  編輯 收藏 引用 所屬分類: CPlusPlus

評論

# re: 模版元編程(Template Meta Programming ) 2007-03-06 09:10 gql

程序好像寫亂了吧  回復  更多評論   

# re: 模版元編程(Template Meta Programming )[未登錄] 2007-04-30 16:50 recorder

暈S,看得頭大,建議看榮耀在c++大會上的演講PPT《C++模板元編程技術與應用》,那個容易理解一些。  回復  更多評論   

公告

EMail:itech001#126.com

導航

統計

  • 隨筆 - 461
  • 文章 - 4
  • 評論 - 746
  • 引用 - 0

常用鏈接

隨筆分類

隨筆檔案

收藏夾

Blogs

c#(csharp)

C++(cpp)

Enlish

Forums(bbs)

My self

Often go

Useful Webs

Xml/Uml/html

搜索

  •  

積分與排名

  • 積分 - 1811735
  • 排名 - 5

最新評論

閱讀排行榜

青青草原综合久久大伊人导航_色综合久久天天综合_日日噜噜夜夜狠狠久久丁香五月_热久久这里只有精品
  • <ins id="pjuwb"></ins>
    <blockquote id="pjuwb"><pre id="pjuwb"></pre></blockquote>
      <noscript id="pjuwb"></noscript>
            <sup id="pjuwb"><pre id="pjuwb"></pre></sup>
              <dd id="pjuwb"></dd>
              <abbr id="pjuwb"></abbr>
              国产欧美成人| 亚洲国产精品第一区二区三区| 亚洲品质自拍| 欧美日韩一区二区三区在线看 | 免费亚洲电影在线| 欧美三级电影网| 亚洲黄色精品| 亚洲国产日韩一级| 久久久国产成人精品| 久久精品国产69国产精品亚洲| 亚洲精品国产精品国自产在线| 欧美成人国产| 麻豆成人综合网| 狠狠色伊人亚洲综合成人| 亚洲欧美日韩国产成人精品影院| 国产精品日韩久久久久| 日韩网站免费观看| 亚洲午夜国产成人av电影男同| 一区二区免费在线播放| 一本一道久久综合狠狠老精东影业| 亚洲精品三级| 亚洲精品欧美专区| 欧美国产三区| 亚洲美女在线观看| 亚洲综合成人在线| 国产精品视频大全| 午夜精品理论片| 久久久国产精品一区二区中文 | 黄色国产精品| 久久精品国产精品亚洲| 久久久xxx| 亚洲高清在线视频| 欧美极品一区二区三区| 亚洲美女淫视频| 欧美一级片久久久久久久| 国产亚洲一区二区在线观看| 久久国产88| 亚洲第一天堂av| 中文有码久久| 国产亚洲精品bt天堂精选| 久久在线免费观看视频| 亚洲人成在线观看一区二区| 亚洲免费一级电影| 国产一区深夜福利| 欧美成人免费在线观看| 一本色道久久综合精品竹菊 | 亚洲欧美日韩精品久久久| 久久久久一区| 亚洲国产三级| 国产精品高清免费在线观看| 欧美一区二区三区的| 欧美激情精品久久久久久久变态 | 一本色道久久综合狠狠躁篇的优点 | 国产香蕉久久精品综合网| 久久精品视频在线| 亚洲伦伦在线| 久久青草欧美一区二区三区| 亚洲福利视频专区| 国产精品超碰97尤物18| 久久久久亚洲综合| 亚洲视频视频在线| 欧美r片在线| 欧美亚洲网站| 亚洲乱码日产精品bd| 国产色综合久久| 欧美日韩国产三级| 久久亚洲精品中文字幕冲田杏梨| 午夜国产精品视频免费体验区| 老鸭窝毛片一区二区三区| 中文日韩欧美| 亚洲国产二区| 久久综合色一综合色88| 亚洲欧洲av一区二区| 日韩午夜在线电影| 一区二区亚洲精品国产| 国产精品试看| 欧美日韩亚洲免费| 久久久久**毛片大全| 亚洲伊人网站| 一本久道久久综合狠狠爱| 欧美高清免费| 美日韩在线观看| 久久精品91| 香蕉免费一区二区三区在线观看| 国产精品免费看片| 欧美大片免费看| 久久午夜精品| 久久久综合免费视频| 久久激情视频久久| 性欧美激情精品| 亚洲综合日韩在线| 亚洲午夜女主播在线直播| 99国产精品| 亚洲免费观看| 99视频精品| 亚洲最新视频在线| 99精品热6080yy久久 | 午夜免费日韩视频| 一本色道久久| 亚洲看片一区| 99re在线精品| 一区二区三区产品免费精品久久75 | 久久久午夜视频| 香蕉尹人综合在线观看| 亚洲综合清纯丝袜自拍| 亚洲欧美日韩在线不卡| 午夜精品短视频| 久久精品国产第一区二区三区最新章节| 久久久久国产精品午夜一区| 欧美一区午夜视频在线观看| 欧美一区国产一区| 久久精品一区二区三区不卡| 久久久久久自在自线| 久久在线免费观看| 欧美二区在线播放| 亚洲日韩中文字幕在线播放| 亚洲欧洲精品天堂一级| 99这里有精品| 午夜亚洲福利| 久久九九精品| 欧美激情免费观看| 欧美日韩成人综合天天影院| 欧美视频在线不卡| 国产性色一区二区| …久久精品99久久香蕉国产| 亚洲日韩第九十九页| 亚洲天堂网在线观看| 欧美一级片一区| 免费亚洲电影在线| 99在线精品视频| 久久精品国产久精国产思思 | 亚洲黄色成人网| 中文日韩在线| 久久久成人网| 欧美日韩一区二区在线| 国产日韩欧美电影在线观看| 在线观看亚洲视频啊啊啊啊| 91久久久国产精品| 午夜精品一区二区在线观看 | 卡通动漫国产精品| 亚洲欧洲在线观看| 欧美一级一区| 欧美成人精品激情在线观看| 国产精品海角社区在线观看| 国内精品久久久久伊人av| 日韩视频永久免费观看| 久久精精品视频| 亚洲三级观看| 欧美中文字幕在线播放| 欧美日韩综合不卡| 亚洲高清123| 欧美一区二区三区电影在线观看| 亚洲一二三区在线观看| 久久天天狠狠| 亚洲图中文字幕| 欧美激情久久久久| 好男人免费精品视频| 亚洲一区二区三区四区中文| 国内不卡一区二区三区| 亚洲欧美中文日韩在线| 亚洲美女在线观看| 在线亚洲电影| 久久综合九色九九| 国产精品美女久久福利网站| 亚洲欧洲精品一区二区三区不卡| 欧美一区午夜视频在线观看| 蜜臀av在线播放一区二区三区| 中文精品一区二区三区| 欧美在线亚洲| 国产精品v片在线观看不卡| 亚洲第一天堂av| 久久精品视频一| 亚洲永久免费视频| 欧美日韩一区二区在线| 亚洲人午夜精品| 欧美电影资源| 久久久综合网站| 狠狠干成人综合网| 久久精品论坛| 性欧美暴力猛交69hd| 国产精品嫩草99a| 亚洲砖区区免费| 一本色道久久综合亚洲精品高清| 亚洲欧洲日本专区| 欧美主播一区二区三区美女 久久精品人| 亚洲一级在线观看| 欧美精品一区三区| 日韩一级精品视频在线观看| 蜜桃av久久久亚洲精品| 亚洲国产精品www| 牛人盗摄一区二区三区视频| 久久精品男女| 在线观看欧美日韩国产| 欧美96在线丨欧| 欧美 日韩 国产在线| 亚洲人精品午夜在线观看| 91久久精品国产91性色tv| 欧美日韩高清区| 亚洲欧美日韩直播| 欧美一级午夜免费电影|