• <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>
            

    
            

            




            







												


        

            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<true, 1, 100>和template<true, 1, 200>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<1, 10, 1>::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<2, 30, 1>::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(5194) 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 -
		1807701
	
            • 
		排名 -
		5
	
              • 

            


            最新評論
	
            

            
	
			
		

            


            閱讀排行榜
            


					

				
			
            			
			
	
    
    







	   
	



99久久久久|
久久综合给久久狠狠97色|
久久一区二区三区免费|
精品久久久久久久国产潘金莲|
色青青草原桃花久久综合|
亚洲AV无码久久精品蜜桃|
久久久久无码精品国产app|
精品久久无码中文字幕|
久久精品三级视频|
久久精品国产男包|
久久久亚洲AV波多野结衣|
国产精品久久网|
国产一级做a爰片久久毛片|
亚洲av伊人久久综合密臀性色|
情人伊人久久综合亚洲|
精品国产一区二区三区久久|
久久噜噜久久久精品66|
91精品国产91久久综合|
久久久久久国产精品无码下载|
青青青伊人色综合久久|
久久99精品国产麻豆|
伊人久久大香线焦AV综合影院|
久久综合亚洲色HEZYO社区|
2021国产成人精品久久|
91精品国产乱码久久久久久|
亚洲精品综合久久|
亚洲精品乱码久久久久久蜜桃|
99久久99久久精品国产片果冻|
精品无码久久久久国产|
午夜精品久久久久久毛片|
伊人久久大香线蕉综合热线|
色综合久久88色综合天天 |
精品久久久久成人码免费动漫
|
香蕉久久AⅤ一区二区三区|
久久精品国产清自在天天线|
国产高潮久久免费观看|
久久午夜无码鲁丝片午夜精品|
国产精品成人久久久久三级午夜电影|
精品无码久久久久久尤物|
91精品国产9l久久久久|
91久久成人免费|