C++11 模板元编程 - 模式匹配


C++模板元编程中,编译器对模板的特化版本选择相当于是在做模式匹配,这个我们已经比较熟悉了。下面我们借助这一特性实现一个在模板元编程中最常使用的基础元函数IfThenElse,使用它可以完成类型选择的功能。

template<typename Condition, typename Then, typename Else> struct IfThenElse;

template<typename Then, typename Else>
struct IfThenElse<TrueType, Then, Else>
{
    using Result = Then;
};

template<typename Then, typename Else>
struct IfThenElse<FalseType, Then, Else>
{
    using Result = Else;
};

#define __if(...) typename IfThenElse<__VA_ARGS__>::Result

有了IfThenElse,就可以轻易地完成根据条件进行类型选择的计算。如下我们借助IfThenElse实现了一个元函数LargerType,它能够返回两个类型中内存空间更大的那个。

template<typename T, typename U>
using LargerType = __if(__bool(sizeof(T) > sizeof(U)), T, U);

除了模板特化,还有一个工具可以用来在模板元编程中完成模式匹配的功能,那就是C++编译器对重载函数的选择。

我们通过下面的示例展示如何通过函数重载来完成模式匹配。

我们知道C++中某些类型之间支持默认转型。例如short默认可以向int转型,子类指针可以默认转型为父类指针,而任何指针类型都可以默认转型为void*类型。下面我们将实现一个元函数,它能帮我们识别一个类型是否能够向另一个类型默认转型。

通过分析,我们定义这个元函数的的原型为:

IsConvertible :: (typename T -> typename U) -> BoolType

它的入参是两个类型T和U,如果T可以默认转型为U,则元函数返回BoolType<true>,否则返回BoolType<false>

如下我们借助编译器对重载函数的选择来完成模式匹配,以实现IsConvertible

// “tlp/traits/IsConvertible.h”

template<typename T, typename U>
struct IsConvertible
{
private:
    using  Yes = char;
    struct No { char dummy[2]; };

    static Yes test(U);
    static No  test(...);
    static T self();

public:
    using Result = BoolType<sizeof(test(self())) == sizeof(Yes)>;
};

#define __is_convertible(...)  typename IsConvertible<__VA_ARGS__>::Result

上面代码中,我们在IsConvertible中定义了静态函数test的两个重载版本,一个入参类型是U,另一个是随意类型入参(...出现在C++函数参数声明中表示不关心入参类型)。然后我们尝试把T传入test函数,如果T能够向U转型,则编译期会选择Yes test(U)版本,否则选择No test(...)版本。最后我们计算test返回类型的sizeof,就能判断出编译器选择了哪个版本(Yes和No是IsConvertible内部定义的两个类型,Yes的sizeof结果是1个字节,No是两个字节;sizeof是一个编译期运算符)。

在上面的实现中我们用了一个小技巧,我们并没有给test直接传入T的对象,因为这样做的话我们就要承受让T生成对象的开销,而且关键的是我们对T的构造函数一无所知。所以这里声明了一个返回类型为T的静态函数static T self(),然后把这个函数交给test。还记得我们前面说的“一切都是函数,一切都是类型”吗?我们用self函数替代类型T的对象传入test,在编译期就能获得结果,而且避免了创建对象的开销。

借助__is_convertible我们能够轻易的实现一个判断两个类型是否能够互相转型的元函数。

// “tlp/traits/IsConvertible.h”

#define __is_both_convertible(T, U)     __and(__is_convertible(T, U), __is_convertible(U, T))

上面代码中的__and()是我们前面介绍的对两个BoolType进行逻辑与运算的元函数。

现在我们可以这样使用:

__is_convertible(char, int)   // 返回__true()
__is_convertible(char, void*) // 返回__false()
__is_convertible(char*, void*)// 返回__true()

struct Base{};
struct Derived : Base {};

__is_convertible(Base*, Derived*) // 返回__false()
__is_convertible(Derived*, Base*) // 返回__true()

通过函数组合,我们还能实现出__is_base_of(),用来判断一个类型是否是另一个的父类。

// "tlp/traits/IsBaseOf.h"

#define __is_base_of(T, U)                      \
__and(__is_convertible(const U*, const T*)          \
      __and(__not(__is_eq(const T*, const void*)),          \
            __not(__is_eq(const T, const U))))

如上我们定义类型T是类型U的父类的意思就是:const U*可以向const T*转型,但是const T*不是const void*,同时const Tconst U不是相同类型。


递归

返回 C++11模板元编程 - 目录

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 156,069评论 4 358
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 66,212评论 1 287
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 105,912评论 0 237
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 43,424评论 0 202
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 51,741评论 3 285
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 40,194评论 1 206
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 31,553评论 2 307
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 30,289评论 0 194
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 33,923评论 1 237
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 30,251评论 2 240
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 31,775评论 1 255
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 28,144评论 2 249
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 32,698评论 3 228
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 25,936评论 0 8
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 26,658评论 0 192
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 35,214评论 2 267
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 35,159评论 2 258

推荐阅读更多精彩内容