模板：模板、泛型编程和静态多态

2020年3月16日 下午9:18

模板的理解

模板最出发点，其实可以从模板两个字上看出，其实就是代码复用，只不过后来有发展出来了编译期计算等复杂的功能

其实就是一个知识：

模板、泛型编程和静态多态

代码复用有几种方式

• 函数：最原始的
• 多态：面向对象中的
• 模板：编译期的

编译期功能的组成部分：

• 编译期常量：用constexpr声明
• 编译期计算：类型推导来计算
• 编译期潜规则：模板匹配规则SFINAE

编译期可以实现哪些功能：

• 计算：已经证明是图灵完全的
• 类型检查：对自己定义的类、容器类进行类型检查，是否包含指定函数
  • 这个是运行期无法完成的！这能在编译期完成
• 代码的复用：
  • 利用模板，完成编译期多态，也就是静态多态
  • eg：虽然 C++ 的标准容器没有对象继承关系，但彼此之间有着很多的同构性。这些同构性很难用继承体系来表达，也完全不必要用继承来表达。C++ 的模板，已经足够表达这些鸭子类型。

函数模板：杂交出来的！或者说是分工合作

• 编译期会处理一部分，运行期也会处理一部分
• 编译期主要处理类型，运行期主要处理计算
• 不杂交不行：因为运行期无法处理类型

函数与模板的合作方式：

• 函数模板
  • 编译期会处理一部分，运行期也会处理一部分
  • 编译期主要处理类型，运行期主要处理计算
  • 不杂交不行：因为运行期无法处理类型
• 函数对象、lambda表达式 与 一些C++自带模板进行组合使用

函数与struct模板的区别

• 执行期不同：
  • 函数在运行期执行
  • 模板在编译器运行
• 处理对象不同：
  • 函数的处理对象：也就是函数的输入，只能是数据，包括以包含数据的容器、普通类型遍历
  • 模板的处理对象：类型(容器类型，自定义类型) + static const 常量。不是数据
• body内容不同：
  • 函数体内：定义的是数据运算规则
    • 函数的编译过程会报错
  • struct模板体内：定义的是类型推导规则
    • 模板的编译过程由于有SFINAE不会报错
• 将编译过程分为两个步骤：先模板编译，后函数编译

泛型的好处：

1. 可以统一数据类型，便于操作。
2. 将运行时的异常提前到了编译时，提高了效率。
3. 避免了强制类型转换
4. 实现代码的模板化，把数据类型当作参数传递，提高了可重用性。

While< Sum<2>::type >::type::value 实例化(instantiation)过程

• 对于模板，就是要在脑子里或纸上、电脑上把它展开……☺️
• 把计算转变成类型推导：在类型推导的时候，可以进行计算，类似于传递参数的时候+1 这样的操作。
• 模板元编程，其本质是把计算过程用编译期的类型推导和类型匹配表达出来。
  • 计算功能由类型推导完成
  • 类型匹配是模板的天生能力，其实就是多态，只不过是静态多态
• 在展开的过程中，甚至可以变成递归，这一点一定要理解。

  —> While< SumLoop<0, 2> >::type::value
  —> WhileLoop<SumLoop<0, 2>::cond_value, SumLoop<0, 2>>::type::value
  --> WhileLoop<true, SumLoop<0, 2>>::type::value
  
  --> WhileLoop<SumLoop<0, 2>::cond_value, SumLoop<0, 2>::next_type>::type::value
  --> WhileLoop<true, SumLoop<2, 1>>::type::value
  
  --> WhileLoop<SumLoop<2, 1>::cond_value, SumLoop<2, 1>::next_type>::type::value
  --> WhileLoop<true, SumLoop<3, 0>>::type::value
  
  --> WhileLoop<SumLoop<3, 0>::cond_value, SumLoop<3, 0>::next_type>::type::value
  --> WhileLoop<false, SumLoop<3, -1>>::type::value
  
  --> SumLoop<3, -1>::res_type::value
  
  -->integral_constant<int, 3>::value
  -->3