自從高級(jí)語言出現(xiàn)以來，類型始終是語言的核心。幾乎所有語言特性都要以類型作為先決條件。類型猶如天地，先于萬物而存在。但是，是否還有什么東西比類型更加原始，更加本質(zhì)，而先于它存在呢？請(qǐng)往下看。:)

泛型和類型

    泛型最簡(jiǎn)短最直觀的描述恐怕應(yīng)該是：the class of type。盡管這樣的描述不算最完備，但也足以說明問題。早在60年代，泛型的概念便已經(jīng)出現(xiàn)。最初以“參數(shù)化類型”的名義存在。70年代末期發(fā)展起來的 恐龍級(jí)的Ada（我的意思不是說Augusta Ada Byron Lovelace伯爵夫人是恐龍，從畫像上看，這位程序員的祖師奶長(zhǎng)得相當(dāng)漂亮:)），尚未擁有oop（Ada83），便已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了泛型（Generic)。盡管泛型歷史悠久，但真正全面地發(fā)展起來，還是在90年代初， 天才的Alexander A. Stepanov創(chuàng)建了stl，促使了“泛型編程”（Generic Programming）的確立。
    出于簡(jiǎn)便的目的，我套用一個(gè)老掉牙的“通用容器”來解釋泛型的概念。（就算我敷衍吧:P，畢竟重頭戲在后面，具體的請(qǐng)看前面給出的鏈接）。假設(shè)我在編程時(shí)需要一個(gè)int類型的棧，于是我做了一個(gè)類實(shí)現(xiàn)這個(gè)棧：
    class IntStack {...};
    用的很好。過了兩天，我又需要一個(gè)棧，但是類型變成了double。于是，我再另寫一個(gè)：
    class DoubleStack {...};
    不得了，好象是通了馬蜂窩，不斷地出現(xiàn)了各種類型的棧的需求，有string的，有datetime的，有point的，甚至還有一個(gè)Dialog的。每 種類型都得寫一個(gè)類，而且每次代碼幾乎一樣，只是所涉及的類型不同而已。于是，我就熱切地期望出現(xiàn)一種東西，它只是一個(gè)代碼的框架，實(shí)現(xiàn)了stack的所 有功能，只是把類型空著。等哪天我需要了，把新的類型填進(jìn)去，便得到一個(gè)新的stack類。
    這便是泛型。
    但是，僅僅這些，還不足以成就GP的威名。
    我有一個(gè)古怪的需求（呵呵，繼續(xù)敷衍。:)）：
    做一個(gè)模板，內(nèi)部有一個(gè)vector<>成員：
    template<typename T> A
    {
        ...
        vector<T> m_x;
    };
    可是，如果類型實(shí)參是int類型的話，就得用set<>。為了使用的方便，模板名還得是A。于是，我們就得使用下面的技巧：
    template<> A<int>
    {
        ...
        set<T> m_x;
    };
    這叫特化（specialization），相當(dāng)于告訴編譯器如果類型實(shí)參是int，用后面那個(gè)。否則，用前面的。特化實(shí)際上就是根據(jù)類型實(shí)參由編譯器執(zhí)行模板的選擇。換句話說，特化是一種編譯期分派技術(shù)。
    這里還有另一個(gè)更古怪需求：如果類型實(shí)參是指針的話，就用list<>。這就得用到另一種特化了：
    template<typename T> A<T*>
    {
        ...
        list<T> m_x;
    }
    這是局部特化（partial specialization），而前面的那種叫做顯式特化（explicit specialization），也叫全特化。局部特化則是根據(jù)類型實(shí)參的特征（或者分類）執(zhí)行的模板選擇。
    最后，還有一個(gè)最古怪的需求：如果類型實(shí)參擁有形如void func(int a)成員函數(shù)的類型，那么就使用deque。這個(gè)...，有點(diǎn)難。現(xiàn)有的C++編譯器，是無法滿足這個(gè)要求的。不過希望還是有的，在未來的新版C++09中，我們便可以解決這個(gè)問題。

Concept和類型

    concept是GP發(fā)展必然結(jié)果。正如前面所提到的需求，我們有時(shí)候會(huì)需要編譯器能夠鑒識(shí)出類型的某些特征，比如擁有特定的成員等等，然后執(zhí)行某種操作。下面是一個(gè)最常用的例子：
    swap()是一個(gè)非常有用的函數(shù)模板，它可以交換兩個(gè)對(duì)象的內(nèi)容，這是swap手法的基礎(chǔ)。swap()的基本定義差不多是這樣：
    template<typename T> swap(T& lhs, T& rhs) {
        T tmp(lhs);
        lhs=rhs;
        rhs=tmp;
    }
    但是，如果需要交換的對(duì)象是容器之類的大型對(duì)象，那么這個(gè)swap()的性能會(huì)很差。因?yàn)樗鼒?zhí)行了三次復(fù)制，這往往是O(n)的。標(biāo)準(zhǔn)容器都提供了一個(gè) swap成員函數(shù)，通過交換容器內(nèi)指向數(shù)據(jù)緩沖的指針，獲得O(1)的性能。因此，swap()成員是首選使用的。但是，這就需要程序員識(shí)別對(duì)象是否存在 swap成員，然后加以調(diào)用。如果swap()函數(shù)能夠自動(dòng)識(shí)別對(duì)象是否存在swap成員，那么就可以方便很多。如果有swap成員，就調(diào)用成員，否則， 就是用上述通過中間變量交換的版本。
    這就需要用到concept技術(shù)了：
    template<Swappable T> void swap(T& lhs, T& rhs) {
        lhs.swap(rhs);
    }
    這里，Swappable是一個(gè)concept：
    concept Swappable<typename T> {
        void T::swap(T&);
    }
    于是，如果遇到擁有swap成員函數(shù)的對(duì)象，正好符合Swappable concept，編譯器可以使用第二個(gè)版本，在O(1)復(fù)雜度內(nèi)完成交換。否則，便使用前一個(gè)版本：
    vector a, b;
    ... //初始化a和b
    swap(a,b); //使用后一個(gè)版本
    int c=10, d=23;
    swap(c, d); //使用前一個(gè)版本
    這里的swap()也是運(yùn)用了特化，所不同的是在concept的指導(dǎo)下進(jìn)行的。這樣的特化有時(shí)也被稱作concept based overload。
    從上面的例子中可以看到，原先的特化，無論是全特化，還是局部特化，要么特化一個(gè)類型，要么特化一個(gè)大類（如指針）的類型。但無法做到更加精細(xì)。比如，我 希望一個(gè)模板能夠針對(duì)所有的整數(shù)（int，long，short，char等）進(jìn)行特化，這在原先是無法做到的。但擁有了concept之后，我們便可以 定義一個(gè)代表所有整數(shù)的concept，然后使用這個(gè)整數(shù)concept執(zhí)行特化。換句話說，concept使得特化更加精細(xì)了，整個(gè)泛型系統(tǒng)從原來“離 散”的變成了“連續(xù)”的。
    不過上面那個(gè)concept特化的模板看起來實(shí)在不算好看，頭上那一坨template...實(shí)在有礙觀瞻。既然是concept based overload，那么何不直接使用重載的形式，而不必再帶上累贅的template<...>：
    void fun(anytype a){...} //#1，anytype是偽造的關(guān)鍵字，表示所有類型。這東西最好少用。
    void fun(Integers a){...} //#2，Integers是concept，表示所有整型類型
    void fun(Floats a){...} //#3，F(xiàn)loats是concept，表示所有浮點(diǎn)類型
    void fun(long a){...} //#4
    void fun(int a){...} //#5
    void fun(double a){...} //#6
    ...
    int x=1;
    long y=10;
    short z=7;
    string s="aaa";
    float t=23.4;
    fun(x); //選擇#5
    fun(y); //選擇#4
    fun(z); //選擇#2
    fun(s); //選擇#1
    fun(t); //選擇#3
    這種形式在語義上與原來的模板形式幾乎一樣。注意，是幾乎。如下的情形是重載形式無法做到的：
    template<Integers T> T swap(T lhs, T rhs) {
        T temp(lhs);
        ...
    }
    這里，模板做到了兩件事：其一，模板萃取出類型T，在函數(shù)體中，可以使用T執(zhí)行一些操作，比如上述代碼中的臨時(shí)對(duì)象temp的構(gòu)造。這個(gè)問題容易解決，因?yàn)檩腿☆愋蚑還有其他的方法，一個(gè)typeof()操作符便可實(shí)現(xiàn)：
    Integers swap(Integers lhs, Integers rhs) {
        typeof(lhs) temp(lhs);
        ...
    }
    其二，模板保證了lhs，rhs和返回值都是同一類型。這個(gè)問題，可以通過施加在函數(shù)上的concept約束解決：
    Integers swap(Integers lhs, Integers rhs)
        requires SameType<lhs, rhs>
            && SameType<lhs, retval> {  //retval是杜撰的關(guān)鍵字，用以表示返回值
        typeof(lhs) temp(lhs);
        ...
    }
    相比之下，重載形式比較繁瑣。總體而言，盡管重載形式冗長(zhǎng)一些，但含義更加明確，更加直觀。并且在concept的接口功能作用下，對(duì)參數(shù)類型一致的要求 通常并不多見（一般在基本類型，如整型等，的運(yùn)算處理中較多見。因?yàn)檫@些操作要求類型有特定的長(zhǎng)度，以免溢出。其他類型，特別是用戶定義類型，通常由于封 裝的作用，不會(huì)對(duì)類型的內(nèi)部特性有過多要求，否則就不應(yīng)使用泛型算法）。如果可以改變語法的話，那么就能用諸如@代替typeof，==代替 SameType的方法減少代碼量：
    Integers swap(Integers lhs, Integers rhs)
        requires @lhs == @rhs && @lhs == @retval {
        @lhs temp(lhs);
        ...
    }
   

Concept、類型和對(duì)象

    事情還可以有更加夸張的發(fā)展。前面對(duì)泛型進(jìn)行了特化，能不能對(duì)類型也來一番“特化”呢？當(dāng)然可以：
    void fun(int a);
    void fun(int a:a==0); //對(duì)于類型int而言，a==0便是“特化”了
    更完整的，也可以有“局部特化”：
    void fun(int a); //#1
    void fun(int a:a==0); //#2
    void fun(int a:a>200); //#3
    void fun(int a:a<20&&a>10); //#4
    void fun(int a:(a>70&&a<90)||(a<-10)); //#5
    ...
    int a=0, b=15, c=250, d=-50;
    fun(80); //使用#5
    fun(50); //使用#1
    fun(a); //使用#2
    fun(b); //使用#4
    fun(c); //使用#3
    fun(d); //使用#5
    實(shí)際上，這無非是在參數(shù)聲明之后加上一組約束條件，用以表明該版本函數(shù)的選擇條件。沒有約束的函數(shù)版本在沒有任何約束條件匹配的情況下被選擇。對(duì)于使用立 即數(shù)或者靜態(tài)對(duì)象的調(diào)用而言，函數(shù)的選擇在編譯期執(zhí)行，編譯器根據(jù)條件直接調(diào)用匹配的版本。對(duì)于變量作為實(shí)參的調(diào)用而言，則需要展開，編譯器將自動(dòng)生成如 下代碼：
    //首先將函數(shù)重新命名，賦予唯一的名稱
    void fun_1(int a); //#1
    void fun_2(int a); //#2
    void fun_3(int a); //#3
    void fun_4(int a); //#4
    void fun_5(int a); //#5
    //然后構(gòu)造分派函數(shù)
    void fun_d(int a) {
        if(a==0)
            fun_2(a);
        else if(a>200)
            fun_3(a);
        ...
        else
            fun_1(a);
    }
    在某些情況下，可能需要對(duì)一個(gè)對(duì)象的成員做出約束，此時(shí)便可以采用這種形式：
    struct A
    {
        float x;
    };
    ...
    void fun(A a:a.x>39.7);
    ...
    這種施加在類型上的所謂“特化”實(shí)際上只是一種語法糖，只是由編譯器自動(dòng)生成了分派函數(shù)而已。這個(gè)機(jī)制在Haskell等語言中早已存在，并且在使用上帶 來很大的靈活性。如果沒有這種機(jī)制，那么一旦需要增加函數(shù)分派條件，那么必須手工修改分派函數(shù)。如果這些函數(shù)，包括分派函數(shù)，是第三方提供的代碼，那么修 改將是很麻煩的事。而一旦擁有了這種機(jī)制，那么只需添加一個(gè)相應(yīng)的函數(shù)重載即可。
    當(dāng)concept-類型重載和類型-對(duì)象重載混合在一起時(shí)，便體現(xiàn)更大的作用：
    void fun(anytype a);
    void fun(Integers a);
    void fun(Floats a);
    void fun(long a);
    void fun(int a);
    void fun(double a);
    void fun(double a:a==0.8);
    void fun(short a:a<10);
    void fun(string a:a=="abc");
    ...
    concept-類型-對(duì)象重載體系遵循一個(gè)原則：優(yōu)先選擇匹配的函數(shù)中最特化的。這實(shí)際上是類型重載規(guī)則的擴(kuò)展。大的來說，所有類型比所屬的 concept更加特化，所有對(duì)象約束比所屬的類型更加特化。對(duì)于concept而言，如果concept A refine自concept B，那么A比B更加特化。同樣，如果一個(gè)類型的約束強(qiáng)于另一個(gè)，那么前一個(gè)就比后一個(gè)更加特化，比如a==20比a>10更加特化。綜合起來，可以 有這樣一個(gè)抽象的規(guī)則：兩個(gè)約束（concept，或者施加在對(duì)象上的約束）A和B，作用在類型或者對(duì)象上分別產(chǎn)生集合，如果A產(chǎn)生的集合是B產(chǎn)生的集合 的真子集，那么便認(rèn)為A比B更加特化。
    根據(jù)這些規(guī)則，實(shí)際上可以對(duì)一個(gè)函數(shù)的重載構(gòu)造出一個(gè)“特化樹”：
    越接近樹的根部，越泛化，越接近葉子，越特化。調(diào)用時(shí)使用的實(shí)參便在這棵“特化樹”上搜索，找到最匹配的函數(shù)版本。
    concept-類型-對(duì)象體系將泛型、類型和對(duì)象統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)中，使得函數(shù)的重載（特化）具有更簡(jiǎn)單的形式和規(guī)則。并且，這個(gè)體系同樣可以很好地在類模板上使用，簡(jiǎn)化模板的定義和使用。

類模板

    C++的類模板特化形式并不惹人喜愛：
    template<typename T> A{...}; //基礎(chǔ)模板
    template<> A<int>{...}; //顯式特化（全特化）
    template<typename T> A<T*>{...}; //局部特化
    在C++09中，可以直接用concept定義模板的類型形參：
    template<Integers T> A{...};
    實(shí)質(zhì)上，這種形式本身就是一種局部特化，因而原本那種累贅局部特化形式可以廢除，代之以concept風(fēng)格的形式：
    template<Pointer T> A{...}; //Pointer表示此處采用指針特化模板
    同樣，如果推廣到全特化，形式也就進(jìn)一步簡(jiǎn)單了：
    template<int> A{...}; //這個(gè)形式有些突兀，這里只打算表達(dá)這個(gè)意思，應(yīng)該有更“和諧”的形式
    如果模板參數(shù)是對(duì)象，則使用現(xiàn)有的定義形式：
    template<int a> A{...};
    更進(jìn)一步，可以引入對(duì)象的約束：
    template<int a:a>10> A{...};
    此外，C++中在模板特化之前需要有基礎(chǔ)模板。但實(shí)際上這是多余的，D語言已經(jīng)取消了這個(gè)限制，這對(duì)于簡(jiǎn)化模板的使用有著莫大的幫助。

從本質(zhì)上講...

    從本質(zhì)上講，我們可以把所有類型看作一個(gè)集合T={ti}，而concept則是施加在類型集合上的約束。通過concept這個(gè)約束，我們便可以獲得類 型集合T的一個(gè)子集C。理論上，所有concept所對(duì)應(yīng)的類型子集Cj構(gòu)成了類型集合的冪集{Cj}。在{Cj}中，有兩類類型子集是很特殊的。一組是 T本 身，即所有類型。存在一個(gè)concept不對(duì)T施加任何約束，便得到了C0=T。第二類則是另一個(gè)極端，存在一組concept，施加在T上之后所得的類 型子集僅包含一個(gè)類型：Ci={ti}。由于這組concept與類型存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，那么我們便可以用這組concept來指代類型。也就是把類型 作為特殊的concept處理。如此，concept便同類型統(tǒng)一在一個(gè)體系中。這種處理可以使我們獲得極大的好處。
    這組特殊的concept仍舊使用對(duì)應(yīng)的類型名作為稱謂，仍舊稱之為“類型”，但其本質(zhì)上還是concept。任何一個(gè)類型，一旦創(chuàng)建，也就創(chuàng)建了相應(yīng)的特殊concept。如果在模板特化中使用一個(gè)類型的時(shí)候，實(shí)際上就是在使用相對(duì)應(yīng)的那個(gè)特殊concept：
    void func(typeA a); //盡管使用了類型名typeA，但實(shí)際上這里所指的是typeA所對(duì)應(yīng)的那個(gè)特殊concept。
    在這個(gè)concept體系的作用下，函數(shù)模板的特化和重載整個(gè)地統(tǒng)一起來（concept based overload）。
    至于作用在類型上的那種“特化”，也是同樣的道理。對(duì)于一個(gè)類型T而言，它所有的對(duì)象構(gòu)成一個(gè)集合O。如果存在一組約束作用于O，那么每 一個(gè)約束對(duì)應(yīng)著O的一個(gè)子集。理論上，我們可以構(gòu)造出一組約束，使得他們同O的每一個(gè)子集一一對(duì)應(yīng)。同樣，這些子集中有兩類子集比較特殊。一類是所有對(duì)象 的集合。另一類便是只有一個(gè)對(duì)象的子集。于是，我們可以使用這組特殊對(duì)象子集所對(duì)應(yīng)的約束指代相應(yīng)的對(duì)象。也就是將對(duì)象看作特殊的約束。如此，類型和對(duì)象 也被統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)中了。
    進(jìn)而，類型在邏輯上被作為特殊concept處理，對(duì)象則被作為特殊的類型處理。于是，這三者便可以統(tǒng)一在一個(gè)體系下，一同參與特化。

總結(jié)

    盡管形式不能代表本質(zhì)，但形式的變化往往會(huì)帶來很多有益的進(jìn)步。更重要的是，很多本質(zhì)上的變化總會(huì)伴隨著形式上的改變。通過將concept、類型和對(duì)象 在邏輯上整合到統(tǒng)一的體系之中，便可以促使模板、特化、函數(shù)重載等機(jī)制在形式上達(dá)成統(tǒng)一。從而能夠簡(jiǎn)化這些功能的使用。這也是當(dāng)前重視語言（工具）易用性 的潮流的一個(gè)必然訴求。這個(gè)形式上的統(tǒng)一并非語法糖之類的表面變化。而是完全依賴于concept這個(gè)新型的類型描述（泛型）系統(tǒng)的確立和發(fā)展。 concept的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了以往泛型的不足，找回了泛型系統(tǒng)缺失的環(huán)節(jié)，彌補(bǔ)了泛型同類型之間的裂痕。在此作用下，便可以構(gòu)建起concept-類型- 對(duì)象的抽象體系，用統(tǒng)一的系統(tǒng)囊括這三個(gè)原本分立的概念。在這個(gè)新的三位一體的系統(tǒng)下，使得模板的特化和重載擁有了相同的形式，進(jìn)而獲得更直觀的語義，和 更好的易用性。