8、现代 C++ 特性：从元类到范围库的探索

现代 C++ 特性：从元类到范围库的探索

1. 元类的潜力与挑战

在现代 C++ 编程中，基于概念的多态性备受青睐，而奇异递归模板模式（CRTP）的主要价值在于减少逻辑和代码的重复。不过，CRTP 并非完美无缺，存在以下问题：
- 对于大多数程序员来说，CRTP 的工作原理，尤其是将不完整类型作为模板参数传递，令人惊讶。
- 容易忘记使用 static_cast ，从而导致难以检测的错误。在面向对象编程中， virtual 关键字只需在函数签名中使用，而在 CRTP 中，每次调用都需要进行类型转换。
- 可能会错误地从 CRTP 基类派生，例如使用与定义类型不同的类型进行特化。虽然有检测这些错误的技术，但会增加代码的复杂性。

为了解决这些问题，元类的概念应运而生。元类是一个非常基础的改变，甚至可能比概念的影响更大。它基于两个尚未成为 C++ 一部分的主要特性：
- 反射 ：能够从代码内部对代码进行内省，例如“遍历类的成员”。
- 注入 ：能够从 C++ 内部生成有效的 C++ 代码，例如“通过编译时的 for 循环生成具有 n 个成员变量的类类型”。

元类的基本思想是提供一种高于类型的抽象，与当前模板的作用截然不同。它允许程序员定义自己的类型类别，并为派生类型定义生成成员或强制执行某些属性的自定义规则。元类函数（暂定名称）让程序员能够编写一种新的高效抽象，即用户定义的具有共同特征的类的命名子集，通常包括用户定义的规则、默认值和生成的函数。