c模板元編程技術(shù)與應(yīng)用(編輯修改稿)
2024-10-27 14:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 算 數(shù)值計算領(lǐng)域還有很多重要的模板元編程（相關(guān)）技術(shù)， 例如“表達(dá)式模板（ Expression Templates）”（見 [注 2]）、“部分求值（ Partial Evaluation）”（見 [注 3]）等。 數(shù)值計算 // 主模板 template int DIM, typename T struct DotProduct { static T Result(T* a, T* b) { return *a * *b + DotProductDIM1, T::Result(a+1, b+1)。 } }。 // 局部 特化 template typename T struct DotProduct1, T { static T Result(T* a, T* b) { return *a * *b。 } }。 一個經(jīng)典的循環(huán)開解例子：計算向量點積 算法思想：向量 a和 b的點積 =向量 a和 b首元素的乘積 +剩余維度向量之點積 一維向量的情形 數(shù)值計算 // 示例 int main() { int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 }。 int b[5] = { 6, 7, 8, 9, 10}。 cout DotProduct5, int::Result(a, b) endl。 // 130 } // 循環(huán)開解過程 DotProduct5,int::result(a,b) = *a * *b + DotProduct4,int::result(a+1,b+1) = *a * *b + *(a+1) * *(b+1) + DotProduct3,int::result(a+2,b+2) = *a * *b + *(a+1) * *(b+1) + *(a+2) * *(b+2) + DotProduct2,int::result(a+3,b+3) = *a * *b + *(a+1) * *(b+1) + *(a+2) * *(b+2) + *(a+3) * *(b+3) + DotProduct1,int::result(a+4,b+4) = *a * *b + *(a+1) * *(b+1) + *(a+2) * *(b+2) + *(a+3) * *(b+3) + *(a+4) * *(b+4) 值得一提的一個模板元編程陷阱 …… 長期以來，科學(xué)計算領(lǐng)域一直是 Fortran的天下，采用運行期 C++實現(xiàn)的算法太慢而無法適應(yīng)數(shù)值計算的要求，利用元編程、表達(dá)式模板以及更好的編譯器、優(yōu)化器，現(xiàn)代 C++也可以很好地滿足數(shù)值計算的要求。 數(shù)值計算 Todd Veldhuizen對 C++和 Fortran在科學(xué)計算領(lǐng)域的性能表現(xiàn)作了比較 （參見 [注 4]） 。 實踐證明，對于現(xiàn)代 C++編程而言， 元編程最大的用場本并不在于編譯期數(shù)值計算，而是用于類型計算（ type putation）（及相關(guān)領(lǐng)域）。 通過類型參數(shù)、模板參數(shù)、 typedef、枚舉（或靜態(tài)整型常量）以及內(nèi)嵌類（模板）成員等，借助于靈活的類模板特化能力，模板元編程在類型計算方面可以釋放出極大的能量。 類型計算 類型計算 // 僅聲明 struct Nil。 // 主模板 template typename T struct IsPointer { enum { Result = false }。 typedef Nil ValueType。 }。 // 局部特化 template typename T struct IsPointerT* { enum { Result = true }。 typedef T ValueType。 }。 // 示例 int main() { cout IsPointerint*::Result endl。 cout IsPointerint::Result endl。 IsPointerint*::ValueType i = 1。 //IsPointerint::ValueType j = 1。 // 錯誤：使用未定義的類型 Nil } 可以依樣實現(xiàn)出 IsReference 、 IsClass 、IsFloat、 IsMemberPointer等元函數(shù) ， 事實上 ，Boost Type Traits庫提供了數(shù)十個類似的元函數(shù)以及像 add_reference這樣的低級類型操縱元函數(shù) ， 用于偵測 、 處理類型的基本屬性 。 該庫已經(jīng)被納入 C++標(biāo)準(zhǔn)委員會技術(shù)報告 （ Technical Report） ， 這預(yù)示著它將會進(jìn)入 C++0x標(biāo)準(zhǔn) 。 前述的 “ 循環(huán)開解 ” 實際上就是一種代碼生成機制，但模板元編程代碼生成機制的作用并不局限于數(shù)值計算領(lǐng)域。 代碼生成 struct A { static void execute() { cout A endl。 } }。 struct B { static void execute() { cout B endl。 } }。 int main() { IfThenElse(true), A, B::ResultType::execute()。 } 模板元程序充任“ 高級的預(yù)處理指令 ” 等價 templateclass, class struct ScatterHierarchyTag。 template class TList, template class class Unit struct GenScatterHierarchy。 //見下頁 …… 前述的 “ 循環(huán)開解 ” 實際上就是一種代碼生成機制，但模板元編程代碼生成機制的作用并不局限于數(shù)值計算領(lǐng)域。 代碼生成 此例摘自 Lokiamp。MCD struct Nil。 // 僅聲明 struct Empty{}。 // Typelist template class H, class T struct TypeList { typedef H Head。 typedef T Tail。 }。 模板也是一種元數(shù)據(jù) 代碼生成 // ……接上 template class T1, class T2, template class class Unit struct GenScatterHierarchyTypeListT1, T2, Unit : public GenScatterHierarchyScatterHierarchyTagT1, T2, Unit , public GenScatterHierarchyT2, Unit {}。 template class T1, class T2, template class class Unit struct GenScatterHierarchyScatterHierarchyTagT1, T2, Unit : public GenScatterHierarchyT1, Unit {}。 template class AtomicType, template class class Unit struct GenScatterHierarchy : public UnitAtomicType {}。 template template class class Unit struct GenScatterHierarchyNil, Unit {}。 處理 Nil類型的情況 ——什么都不做 將一個非Typelist的原子類型傳給Unit 代碼生成 // 自定義類型 Test str
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