• 元模板 笔记


    对类型编写,由于c++不存在

    if(type == xxx) {}

    这种语法。

    类型计算可以使用:

    1,重载。

    2,虚函数。继承。

    3,c语言中利用 Union

    查看代码
    struct Variant
    {
        union
        {
            int x;
            float y;
        } data;
        uint32 typeId;
    };
    
    Variant addFloatOrMulInt(Variant const* a, Variant const* b)
    {
        Variant ret;
        assert(a->typeId == b->typeId);
        if (a->typeId == TYPE_INT)
        {
            ret.x = a->x * b->x;
        }
        else
        {
            ret.y = a->y + b->y;
        }
        return ret;
    }

    4,void*

    查看代码
     #define BIN_OP(type, a, op, b, result) (*(type *)(result)) = (*(type const *)(a)) op (*(type const*)(b))
    void doDiv(void* out, void const* data0, void const* data1, DATA_TYPE type)
    {
        if(type == TYPE_INT)
        {
            BIN_OP(int, data0, *, data1, out);
        }
        else
        {
            BIN_OP(float, data0, +, data1, out);
        }
    }

    5,C++中比如在 Boost.Any 的实现中,运用了 typeid 来查询类型信息。

    6,和 typeid 同属于RTTI机制的 dynamic_cast,也经常会用来做类型判别的工作。

    查看代码
     IAnimal* animal = GetAnimalFromSystem();
    
    IDog* maybeDog = dynamic_cast<IDog*>(animal);
    if(maybeDog)
    {
        maybeDog->Wangwang();
    }
    ICat* maybeCat = dynamic_cast<ICat*>(animal);
    if(maybeCat)
    {
        maybeCat->Moemoe();
    }

    用模板后

    在模板代码中,这个“合适的机制”就是指“特化”和“部分特化(Partial Specialization)”,后者也叫“偏特化”。

    特化:

    // 我们这个模板的基本形式是什么?
    template <typename T> class AddFloatOrMulInt;
    
    // 但是这个类,是给T是Int的时候用的,于是我们写作
    class AddFloatOrMulInt<int>
    // 当然,这里编译是通不过的。
    
    // 但是它又不是个普通类,而是类模板的一个特化(特例)。
    // 所以前面要加模板关键字template,
    // 以及模板参数列表
    template </* 这里要填什么? */> class AddFloatOrMulInt<int>;
    
    // 最后,模板参数列表里面填什么?因为原型的T已经被int取代了。所以这里就不能也不需要放任何额外的参数了。
    // 所以这里放空。
    template <> class AddFloatOrMulInt<int>
    {
        // ... 针对Int的实现 ... 
    }
    
    // Bingo!

    类型参数相当于函数的参数,里面的定义的成员值,相当于返回值。定义多个成员,意味着可以返回多个值了!!

    //对于一般没匹配特例的,参数是T,类型函数返回值是 -2.
    template <typename T> class TypeToID
    {
    public:
        static int const NotID = -2;
    };
    //对于float参数,返回值是1。注意取值时,可以自己写了 ID. 而上面用的是 NotID
    template <> class TypeToID<float>
    {
    public:
        static int const ID = 1;
    };

    类模板和类模板的特化的作用,仅仅是指导编译器选择哪个编译,但是特化之间、特化和它原型的类模板之间,是分别独立实现的。所以如果多个特化、或者特化和对应的类模板有着类似的内容,很不好意思,你得写上若干遍了。

    重载与模板

    重载:

    void doWork(int);
    void doWork(float);
    void doWork(int, int);
    
    void f() {
        doWork(0);
        doWork(0.5f);
        doWork(0, 0);
    }

    对应模板

    template <typename T> struct DoWork;     // (0) 这是原型 相当于函数
    
    //下面的<int>等想当于实参
    template <> struct DoWork<int> {};       // (1) 这是 int 类型的"重载"
    template <> struct DoWork<float> {};     // (2) 这是 float 类型的"重载"
    template <> struct DoWork<int, int> {};  // (3) 这是 int, int 类型的“重载”
    
    void f(){
        DoWork<int>      i;
        DoWork<float>    f;
        DoWork<int, int> ii;
    }

     所以DoWork<int, int>会导致编译错误,实参和原型不对应啊。因为原型里面只有一个参数 T。<int,int>是两个参数。

    练习:

    #include <memory>
    
    using std::unique_ptr;
    using std::shared_ptr;
    
    template <typename T, typename U> struct X            ;    // 0 原型有两个类型参数
                                                               // 所以下面的这些偏特化的实参列表
                                                               // 也需要两个类型参数对应
    
    // 下面的这些偏特化的“小尾巴”也需要两个类型参数对应
    template <typename T>             struct X<T,  T  > {};    // 1
    template <typename T>             struct X<T*, T  > {};    // 2
    template <typename T>             struct X<T,  T* > {};    // 3
    template <typename U>             struct X<U,  int> {};    // 4
    template <typename U>             struct X<U*, int> {};    // 5
    template <typename U, typename T> struct X<U*, T* > {};    // 6
    template <typename U, typename T> struct X<U,  T* > {};    // 7
    
    template <typename T>             struct X<unique_ptr<T>, shared_ptr<T>>; // 8
    
    
    // 以下特化,分别对应哪个偏特化的实例?
    // 此时偏特化中的T或U分别是什么类型?
    
    X<float*,  int>      v0;           //5            
    X<double*, int>      v1;           //5         
    X<double,  double>   v2;             //1             
    X<float*,  double*>  v3;               //6            
    // X<float*,  float*>   v4;                          
    X<double,  float*>   v5;   //7                       
    X<int,     double*>  v6;       //7                    
    //X<int*,    int>      v7;                       
    X<double*, double>   v8; //2

    在上面这段例子中,有几个值得注意之处。首先,偏特化时的模板形参,和原型的模板形参没有任何关系。和原型不同,它的顺序完全不影响模式匹配的顺序,它只是偏特化模式,<U, int>U的声明真正的模式,是由<U, int>体现出来的

    这也是为什么在特化的时候,当所有类型都已经确定,我们就可以抛弃全部的模板参数,写出template <> struct X<int, float>这样的形式:因为所有列表中所有参数都确定了,就不需要额外的形式参数了。

    其次,作为一个模式匹配,偏特化的实参列表中展现出来的“样子”,就是它能被匹配的原因。比如,struct X<T, T>中,要求模板的两个参数必须是相同的类型。而struct X<T, T*>,则代表第二个模板类型参数必须是第一个模板类型参数的指针,比如X<float***, float****>就能匹配上。当然,除了简单的指针、constvolatile修饰符,其他的类模板也可以作为偏特化时的“模式”出现,例如示例8,它要求传入同一个类型的unique_ptrshared_ptr。C++标准中指出下列模式都是可以被匹配的:

    N3337, 14.8.2.5/8

    T是模板类型实参或者类型列表(如 int, float, double 这样的,TT是template-template实参(参见6.2节),i是模板的非类型参数(整数、指针等),则以下形式的形参都会参与匹配:

    T,cv-list T,T*template-name <T>T&T&&

    T [ integer-constant ]

    type (T)T()T(T)

    T type ::*type T::*T T::*

    T (type ::*)()type (T::*)()type (type ::*)(T)type (T::*)(T)T (type ::*)(T)T (T::*)()T (T::*)(T)

    type [i]template-name <i>TT<T>TT<i>TT<>

    对于某些实例化,偏特化的选择并不是唯一的。比如v4的参数是<float*, float*>,能够匹配的就有三条规则,1,6和7。很显然,6还是比7好一些,因为能多匹配一个指针。但是1和6,就很难说清楚谁更好了。一个说明了两者类型相同;另外一个则说明了两者都是指针。所以在这里,编译器也没办法决定使用那个,只好爆出了编译器错误。

    其他的示例可以先自己推测一下, 再去编译器上尝试一番:goo.gl/9UVzje

    非要用重载:

    DoWork<int,   void> i;
    DoWork<float, void> f;
    DoWork<int,   int > ii;

    这时,我们就能写出统一的模板原型:

    template <typename T0, typename T1> struct DoWork;

    继而偏特化/特化问题也解决了:

    template <> struct DoWork<int,   void> {};  // (1) 这是 int 类型的特化
    template <> struct DoWork<float, void> {};  // (2) 这是 float 类型的特化
    template <> struct DoWork<int,    int> {};  // (3) 这是 int, int 类型的特化

    用默认模板参数,解决不停的写void的问题

    template <typename T0, typename T1 = void> struct DoWork;
    
    template <typename T> struct DoWork<T> {};
    template <>           struct DoWork<int> {};
    template <>           struct DoWork<float> {};
    template <>           struct DoWork<int, int> {};
    
    DoWork<int> i;
    DoWork<float> f;
    DoWork<double> d;
    DoWork<int, int> ii;

    终极用变长模板参数

    template <typename... Ts, typename U> class X {};              // (1) error!
    template <typename... Ts>             class Y {};              // (2)
    template <typename... Ts, typename U> class Y<U, Ts...> {};    // (3)
    template <typename... Ts, typename U> class Y<Ts..., U> {};    // (4) error!

    为什么第(1)条语句会出错呢?(1)是模板原型,模板实例化时,要以它为基础和实例化时的类型实参相匹配。因为C++的模板是自左向右匹配的,所以不定长参数只能结尾。其他形式,无论写作Ts, U,或者是Ts, V, Us,,或者是V, Ts, Us都是不可取的。(4) 也存在同样的问题。

    但是,为什么(3)中, 模板参数和(1)相同,都是typename... Ts, typename U,但是编译器却并没有报错呢?

    答案在这一节的早些时候。(3)和(1)不同,它并不是模板的原型,它只是Y的一个偏特化。回顾我们在之前所提到的,偏特化时,模板参数列表并不代表匹配顺序,它们只是为偏特化的模式提供的声明,也就是说,它们的匹配顺序,只是按照<U, Ts...>来,而之前的参数只是告诉你Ts是一个类型列表,而U是一个类型,排名不分先后。


    template <>
    class lazy_string_concat_helper<>
    
    template <typename... Strings>
    class lazy_string_concat_helper;
    
    
    template <typename LastString, typename... Strings>
    class lazy_string_concat_helper<LastString,
                                    Strings...>

    lazy_string_concat_helper<std::string> 将被匹配成:lazy_string_concat_helper<std::string>

    最具体的是匹配到了第3个:

    template <typename LastString, typename... Strings>
    class lazy_string_concat_helper<LastString,
                                    Strings...> 

    最终的特例化是:

    template <>  class lazy_string_concat_helper<typename std::string >;

    即特例化成:

    template<>
    class lazy_string_concat_helper<std::string >{

    public: 
      inline lazy_string_concat_helper(std::basic_string<char> data, lazy_string_concat_helper<> tail)
      : data{std::basic_string<char>(data)}
      , tail{lazy_string_concat_helper<>(tail)}
      {
      }

    }

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