C++模板简介（二）—— 模板元编程

编译期的整数操作

​ 模板元编程是一个挺有意思 （但是毫无卵用） 的东西。比如我们可以实现编译期的快速排序。（但是 constexpr 函数基本把这部分给废掉了）

导入

​ 下面是一个例子：

template <int A, int B>
struct add {
   
    static constexpr int value = A + B; };

cout << add<1, 2>::value;

输出 3，但是这个 3 是在编译期计算出来的而不是运行时。不过实际上。。

template <typename T>
constexpr T add(T a, T b) {
   
    return a + b; }

就可以实现一样的东西，而且看起来更直观。

那么我们学这个有什么用呢？（纯粹好玩）

基本类型

integer_constant

我们希望一些运算的工作放在编译期完成，那么我们就需要一些东西来存储或表示我们的运算结果。我们从导入中提到的例子能看到，我们表示一个编译期的整数，都是在模板的参数中表示。那么我们就知道了应该如何表示一个编译期的常量：

template <typename T, T v>
struct integral_constant {
   
   
    static constexpr T value = v;
    typedef T value_type;
    constexpr operator T() const noexcept {
   
    return value; }
    constexpr T operator()() const noexcept {
   
    return value; }
};

template <int v>
using integer_constant = integral_constant<int, v>;

这样我们就能在模板参数中表示一个整型的常量，常量的值就在模板参数中，比如：integer_constant<5> 这个类型就能表示 5。

integer_sequence

函数式编程中另一个重要的数据结构就是列表，我们再来看如何表示一个列表：

template <typename T, T... values>
struct integral_sequence {
   
    };

template <int ... values>
using integer_sequence = integral_sequence<int, values...>;

这里利用了可变模板参数来实现列表。这样我们就可以通过 integer_sequence<1, 2, 3, 4, 5> 来表示列表：[1, 2, 3, 4, 5]。

基本函数

现在有了基本数据类型，我们就可以在这上面构建一系列的函数了。我们已经知道了模式匹配，那么我们就可以照猫画虎地写出相应的基本函数：

length

template <typename integer_sequence>
struct length;

template <int... values>
struct length<integer_sequence<values...>> : integral_constant<size_t, sizeof...(values)> {
   
   };

template <typename T>
constexpr size_t length_v = length<T>::value;

push_front

template <int V, typename integer_sequence>
struct push_front;

template <int V, int... values>
struct push_front<V, integer_sequence<values...>> {
   
   
	using type = integer_sequence<V, values...>;
};

template <int V, typename T>
using push_front_t = typename push_front<V, T>::type;

////////

push_front_t<1, integer_sequence<2, 3, 4, 5>> === integer_sequence<1, 2, 3, 4, 5>;

empty

template <typename integer_sequence>
struct empty;

template <>
struct empty<integer_sequence<>> : std::true_type {
   
   };

template <int... values>
struct empty<integer_sequence<values...>> : std::false_type {
   
   };

template <typename T>
constexpr bool empty_v = empty<T>::type::value;

////////

empty_v<integer_sequence<>> == true;
empty_v<integer_sequence<1, 2, 3, 4