C++元编程语言初步入门详解

目录模板泛型初步函数模板友元模板参数元编程的基本概念可变参数模板模板由于模板元编程需要以面向对象为基础，所以如有疑问之处可以先补充一点C++面向对象的知识：C++面向对象这一篇就够了泛型初步由于C++是静态强类型语言，所以变量一经创建，则类型不得更改。如果我们希望创建一种应用广泛地复数类型，那么相应地需要基于int、float、double这些基础类型逐一创建，十分麻烦。泛型编程便是为了简化这一过程而生。

能够容纳不同数据类型作为成员的类被成为模板类，其基本方法为在类声明的上面加上一行模板声明代码template，下一行为class myClass，其调用过程为myClass m。

列举案例如下#includeusing namespace std;templatestruct Abstract{C real; //real为C类型C im;Abstract(C inReal, C inIm){real = inReal;im = inIm;}void printVal(){cout<<"Abstract:"< fTemp{1,2};//C类型为float fTemp.multi(fTemp);fTemp.printVal();system("pause");return 0;}函数模板当然，上述multi并不能实现两个不同类型的Abstract之间的相乘，所以可以将multi函数改为templateAbstract& multi(Abstract val){C temp = real*val.real - im*val.im;im = real*val.real + im*val.im;real = temp;return *this;}这样就能够实现如下功能。

int main(){Abstract fTemp{1,2};Abstract iTemp{1,2};fTemp.multi(iTemp);fTemp.printVal();getReal(fTemp);system("pause");return 0;}友元模板类具备一部分普通类的性质，比如struct和class的区别，public、protected、private的性质，以及友元等。模板的声明特性也可以应用在函数中，例如#includeusing namespace std;templateclass Abstract{C real;C im;public:Abstract(C inReal, C inIm){real = inReal;im = inIm;}void printVal(){cout<<"Abstract:"< friend void getReal(Abstract num); //声明友元};templatevoid getReal(Abstract num){cout< fTemp{1,2};fTemp.multi(fTemp);fTemp.printVal();getReal(fTemp);system("pause");return 0;}需要注意的一点是，在模板类中声明友元，其前缀中的类型标识不得与已有的类型标识重复，否则编译无法通过。

由于函数模板可以针对不同的数据类型进行求解操作，是对函数或者方法实例的抽象，所以又被称为算法。

模板参数如果将模板理解为一种类型声明的函数，那么模板也应该具备一些函数具备的功能。首先其模板参数中可以包含实际类型参数，例如templateclass Test{}其调用时可以写为Test pixel;模板同样支持默认参数，即可以实现如下形式templateclass Test{}Test pixle;除了数据类型、值之外，模板本身也可以作为模板参数，例如下面的形式是合法的。

template class C>struct Test{C* val;Test(C* inVal){val = inVal;}};int main(){Abstract fTemp{1,2};Test test(&fTemp);test.val->printVal();system("pause");return 0;}其结果为PS E:\Code\cpp> g++ .\generic.cpp PS E:\Code\cpp> .\a.exe Abstract:1+2i请按任意键继续. . .

需要注意的一点是，在模板类中定义的模板类，需要进行实例化，否则会出现错误，所以在Test中，以指针形式创建了模板类。

类型函数以数据类型为输入或输出的函数即为类型函数，在C语言中，sizeof便是一种类型函数，其输入为数据类型，输出为数据类型所需要的内存空间。

在C++11中，using可以实现数据类型赋予的功能，其使用方法与typedef相似templatestruct Test{using type = T;}元编程的基本概念元编程是泛型编程的一个超集，两者的本质均是针对不同数据类型的算法，后者则更关注传入参数的广泛性。如果将元编程分为四个层次无计算运算符连接的运算编译时具备选择等非递归计算编译时具备递归运算那么泛型编程可以作为第一类元编程，或者说更加关注的是参数的传入传出过程，而元编程则更关注不同数据类型的选择过程。

例如，我们可以实现一个最多包含三个元素的元组Tuple，其思路为，三元元素可以看成是一个二元元组与一个参数的组合；二元元组可以看成是一元元组与参数的组合；一元元组则是一个基本数据类型的变量。在这个元组的实现过程中，除了赋值过程实现泛型之外，也需要判断当前所实现的元组元素个数，如果其初始化参量为3个时，需要递归式地创建变量，直到赋值参数为1个。则其实现如下class Nil{};//主模板templatestruct Tuple : Tuple{T1 x;using Base = Tuple; //三元元组以二元元组为基础//返回值为Tuple指针类型的base()函数//static_cast将this转化为Base*类型Base* base(){return static_cast(this);}const Base* base() const {return static_cast(this);}//构造函数继承二元元组，在构造本类中x的同时，构造基类TupleTuple(const T1& t1, const T2& t2, const T3& t3):Base{t2,t3},x{t1}{}};templatestruct Tuple{T1 x;};templatestruct Tuple : Tuple{T1 x;using Base = Tuple;Base* base(){return static_cast(this);}const Base* base() const {return static_cast(this);}Tuple(const T1& t1,const T2& t2):Base{t2}, x{t1}{}};templatevoid print_elements(ostream& os, const Tuple& t){os<void print_elements(ostream& os, const Tuple& t){os<void print_elements(ostream& os, const Tuple& t){os<ostream& operator<<(ostream& os, const Tuple& t){os<<"{";print_elements(os,t);os<<"}";return os;}int main(){Tuple x{1,2.5,'a'};cout<其输出结果为PS E:\Code\cpp> g++ .\generic.cpp PS E:\Code\cpp> .\a.exe{1,2.5,a}可变参数模板上述实现过程非常繁琐，而且限制了元组中的元素个数，如果标准库中用上述的书写风格，那么标准库除了这个元组之外也写不了其他的东西了。好在C++模板提供了可变参数的功能，例如，我们可以先将打印模板函数写为//typename... T 代表可变参数templatevoid print_elements(ostream& os, const Tuple& t){os<void print_elements(ostream& os, const Tuple& t){os<ostream& operator<<(ostream& os, const Tuple& t){os<<"{";print_elements(os,t);os<<"}";return os;}其输出结果为PS E:\Code\cpp> g++ .\generic.cpp PS E:\Code\cpp> .\a.exe{1,2.5,a}请按任意键继续. . .