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C++自动化(模板元)编程基础与应用

[ 作者:Linux联盟收集加入时间:2006-06-16 11:29:29 来自:中国IT实验室 ]

	#if 06yCLinux联盟 6yCLinux联盟　　大家好，在这一类的文章中将会系统的介绍模板元编程的相关基础知识。最主要的是这类文章的目的就是让不熟悉模板元的C++迷们尽快的进入到模板元的奇妙世界里面来，所以每一篇文章都将只会讨论一个话题，尽可能的把这个话题说清楚明白就可以了。6yCLinux联盟　　6yCLinux联盟　　好了，言归正传。大家都知道C++是一们计算机语言，这一点也没错，但是你知道C++里面还包含了另外一种子语言么？呵呵，恐怕知道的人就不多了，会用的人就更少了。但是既然经过了这么多年的发展，C++语言里面出现了这种子语言（模板）自然有它的根源的，这一点并不是本文中将要讨论的，如果想了解C++的发展例程，可以参见相关的文献。6yCLinux联盟　　6yCLinux联盟　　在本文中将要说明的问题是：为什么说C++模板是一种语言呢？6yCLinux联盟　　6yCLinux联盟　　为了回答这个问题，首先需要考虑一下什么是计算机语言，关于这个精确的定义，很多的计算机基础教程上都有，在这里我给出一种比较窄的定义：6yCLinux联盟　　6yCLinux联盟　　能够在计算机上表达选择结构，循环结构，同时能够进行进行整数的四则运算的体系就是一种计算机语言。6yCLinux联盟　　6yCLinux联盟　　很显然，C++自然是一种计算机语言了，还有Basic，Fortran，Pascal等等都是计算机语言。之所以讨论这么多的概念问题是为了说明：如何证明C++的模板语法是一种计算机语言。又因为模板是C++语言的一个元素，所以又可以将C++模板语法称为C++的二级语言或者子语言。在本文中将会通过使用模板分别实现整数四则运算，选择结构以及循环结构来证明C++模板语法构成了一个完整的计算机语言。6yCLinux联盟　　6yCLinux联盟　　另外特别值得注意的是，因为C++的模板语言是在编译器编译的时候完成的，所以又称为静态语言，通常的C++语言又称为动态语言或者运行时语言。正是因为模板语言是在编译期完成的，所以我们可以借助于这种编译期的计算实现代码自动生成的目的，从而实现C++自动化编程。这是后续的文章中会详细讨论的。6yCLinux联盟　　6yCLinux联盟　　首先看看，模板是如何完成编译期四则计算的。6yCLinux联盟　　6yCLinux联盟 #endif6yCLinux联盟 6yCLinux联盟 #ifdef CODE1//编译期四则计算的示例代码6yCLinux联盟 #include 6yCLinux联盟 template struct Add { enum{value = i+j}; };6yCLinux联盟 template struct Sub { enum{value = i-j}; };6yCLinux联盟 template struct Mul { enum{value = ij}; };6yCLinux联盟 template struct Div { enum{value = i/j}; };6yCLinux联盟 int main()6yCLinux联盟 {6yCLinux联盟 std::cout << "4+2=" << Add<4,2>::value << std::endl;6yCLinux联盟 std::cout << "4-2=" << Sub<4,2>::value << std::endl;6yCLinux联盟 std::cout << "42=" << Mul<4,2>::value << std::endl;6yCLinux联盟 std::cout << "4/2=" << Div<4,2>::value << std::endl;6yCLinux联盟 //为了证明上面的计算是在编译期进行的，我们编写下面的代码测试6yCLinux联盟 //将模板值作为数组定义时使用的参数就可以证明是在编译期执行的计算:)6yCLinux联盟 int a[Add<4,2>::value];//这么定义并没有错6yCLinux联盟 int b[Sub<4,2>::value];//这么定义并没有错6yCLinux联盟 int c[Mul<4,2>::value];//这么定义并没有错6yCLinux联盟 int d[Div<4,2>::value];//这么定义并没有错6yCLinux联盟 std::cout << sizeof(a)/sizeof(int) << std::endl;6yCLinux联盟 std::cout << sizeof(b)/sizeof(int) << std::endl;6yCLinux联盟 std::cout << sizeof(c)/sizeof(int) << std::endl;6yCLinux联盟 std::cout << sizeof(d)/sizeof(int) << std::endl;6yCLinux联盟 return 0;6yCLinux联盟 }6yCLinux联盟 #endif//CODE16yCLinux联盟 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////6yCLinux联盟 //程序运行结果如下所示:6yCLinux联盟 /****************************************6yCLinux联盟 4+2=66yCLinux联盟 4-2=26yCLinux联盟 42=86yCLinux联盟 4/2=26yCLinux联盟 66yCLinux联盟 26yCLinux联盟 86yCLinux联盟 26yCLinux联盟 ****************************************/6yCLinux联盟 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////6yCLinux联盟 #if 06yCLinux联盟 6yCLinux联盟从代码CODE1中可以看出使用整型模板参数的模板是可以实现编译期计算的，在这里，6yCLinux联盟证明了这个计算过程是在编译期完成的。6yCLinux联盟 6yCLinux联盟好了，现在看看如何使用C++模板实现选择结构，见代码CODE2：6yCLinux联盟 6yCLinux联盟 #endif6yCLinux联盟 #ifdef CODE2//编译期实现选择的示例代码6yCLinux联盟 #include 6yCLinux联盟 template 6yCLinux联盟 struct IF6yCLinux联盟 {6yCLinux联盟 typedef Then result;//将Then类型作为条件为真的返回值（返回值为类型）6yCLinux联盟 };6yCLinux联盟 template6yCLinux联盟 struct IF6yCLinux联盟 {6yCLinux联盟 typedef Else result;//将Else类型作为条件为假的返回值（返回值为类型）6yCLinux联盟 };6yCLinux联盟 //为了测试这个IF选择结构，需要下面的两个类型定义：6yCLinux联盟 struct True {static void Print(){std::cout << "真" << std::endl;}};6yCLinux联盟 struct False{static void Print(){std::cout << "假" << std::endl;}};6yCLinux联盟 int main()6yCLinux联盟 {6yCLinux联盟 IF<1==1,True,False>::result::Print();6yCLinux联盟 IF<1!=1,True,False>::result::Print();6yCLinux联盟 return 0;6yCLinux联盟 }6yCLinux联盟 #endif//CODE26yCLinux联盟 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////6yCLinux联盟 //程序运行结果如下所示:6yCLinux联盟 /******************************************6yCLinux联盟真6yCLinux联盟假6yCLinux联盟 ********************************************/6yCLinux联盟 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////6yCLinux联盟 #if 06yCLinux联盟 6yCLinux联盟从CODE2中可以看出，这里操作的对象是类型，而CODE1中的操作对象是整数，到了这6yCLinux联盟里可以总结如下：C++模板元编程中的操作对象只有两种，一种是整形数，包括bool，char6yCLinux联盟，int，long，(signed unsigned)都可以，它们都可以当作整数使用，赋值和保存结果的6yCLinux联盟方式都是通过枚举变量来实现；另一种就是类型了，赋值和保存结果都是通过typedef来实6yCLinux联盟现的。例如CODE2中将IF的选择结果以Result的方式保存作为结果就是通过typedef实现的。6yCLinux联盟 6yCLinux联盟再来看看循环结构：6yCLinux联盟 6yCLinux联盟 #endif6yCLinux联盟 6yCLinux联盟 #ifdef CODE3//编译期实现循环的示例代码6yCLinux联盟 #include 6yCLinux联盟 //为了简单采用一个阶乘作为例子，因为如果用普通的C++语法来实现阶乘函数的话需要6yCLinux联盟 //一个循环结构的，这里采用模板递归的方式实现了这种阶乘，也就实现了一种特殊的6yCLinux联盟 //循环结构。6yCLinux联盟 template struct Power {6yCLinux联盟 enum{value=nPower::value}; //循环递归过程6yCLinux联盟 };6yCLinux联盟 template<> struct Power<0> {6yCLinux联盟 enum{value=1}; //0的阶乘是1，也是循环的终止条件6yCLinux联盟 };6yCLinux联盟 int main()6yCLinux联盟 {6yCLinux联盟 int a[Power<5>::value];//同样用数组参数来判断是否在编译期完成计算6yCLinux联盟 std::cout << sizeof(a)/sizeof(int) << std::endl;6yCLinux联盟 return 0;6yCLinux联盟 }6yCLinux联盟 #endif//CODE36yCLinux联盟 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////6yCLinux联盟 //程序运行结果如下所示:6yCLinux联盟 /*****************************************6yCLinux联盟 1206yCLinux联盟 ***************************************/6yCLinux联盟 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////6yCLinux联盟 #if 06yCLinux联盟 6yCLinux联盟从CODE3中我们可以看出Power是通过模板递归的方式实现循环的，而且这个循环过程6yCLinux联盟是在编译期完成的。到了这里可以总结出：C++模板元编程中实现循环的方式只有一种，那6yCLinux联盟就是模板递归实现循环。虽然这里的Power的循环不怎么直接，但是它确确实实是一个循环6yCLinux联盟结构，只不过是一个非常特殊的循环结构。实际上采用模板递归的方法可以实现普通C++语6yCLinux联盟法里面的for循环，while循环，do-while循环这些通用的循环结构。6yCLinux联盟 6yCLinux联盟到目前为止，已经成功的证明了C++模板是一个完整的计算机语言。既然是一门语言，6yCLinux联盟当然可以做许许多多的事情，这就在于每个人的发挥了。好了，在本文的最后给出一个通6yCLinux联盟用的LOOP循环作为本文的结束，这个LOOP循环可以进行简单的循环算法设计了，下面的例6yCLinux联盟子中将会说明这一点：6yCLinux联盟 6yCLinux联盟 #endif6yCLinux联盟 #ifdef CODE46yCLinux联盟 #include 6yCLinux联盟 template void print()6yCLinux联盟 {//这里的n是编译期的结果，可以用来定义数组的6yCLinux联盟 int a[n+1];//这么做是为了证明n是编译期常量，同时避免出现零个元素的数组6yCLinux联盟 std::cout << sizeof(a)/sizeof(int)-1 << " " ;6yCLinux联盟 }6yCLinux联盟 template struct LOOP6yCLinux联盟 {6yCLinux联盟 static void execute(){LOOP::execute();print();}6yCLinux联盟 };6yCLinux联盟 template <>struct LOOP<0>//循环终止条件6yCLinux联盟 {6yCLinux联盟 static void execute(){print<0>();}6yCLinux联盟 };6yCLinux联盟 int main()6yCLinux联盟 {6yCLinux联盟 LOOP<5>::execute();6yCLinux联盟 return 0;6yCLinux联盟 }6yCLinux联盟 #endif//CODE46yCLinux联盟 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////6yCLinux联盟 //程序运行结果如下所示:6yCLinux联盟 /**********************************6yCLinux联盟 0 1 2 3 4 5 6yCLinux联盟 *********************************************/6yCLinux联盟 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////6yCLinux联盟 #if 06yCLinux联盟 6yCLinux联盟从CODE4中可以看出，这个静态LOOP循环是一个相对来说通用的循环代码，只需要将自6yCLinux联盟己的功能代码写入到一个函数(print)中就可以实现静态循环了，更重要的是，这个静态6yCLinux联盟 LOOP循环实现了静态代码和动态代码的连接，因此用途更加广泛，主要可以用来产生代码6yCLinux联盟。关于如何产生代码，以及如何使用将是本类文章的后续文章讨论的内容� Linux联盟收集整理 ,转贴请标明原始链接,如有任何疑问欢迎来本站Linux论坛讨论
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