C++ 模板笔记

贡献者： addis

• template function 的自变量不允许自动类型转换 (除非用 <> 声明 template 类型)。也就是本来 add(long long a, long long b) 调用的时候可以用很多不同类型的参数，进行自动转换，现在都不行了，每套不同的参数都会被编译器生成具体的函数。
• 如果 function template 的 return type 是 template type 且没有出现在 parameter list, 那么使用该函数的时候就必须要在函数名后面加 <> 至少声明 return type
• 在函数后面加 <> 声明 template parameter 的时候, 可以只声明前几个, 把剩下的留给编译器 deduce.
• 如果 Derived class template 中 overload 了 Base class template 的 member function, 那么需要声明 using <Base>::<fun> 才可以使用 Base class template 中的 overload 函数.
• if constexpr 加上 <typetrait> 可以对不同的类型执行不同的代码 (没有 overhead).

　　 对整型模板参数循环（C++ 17）：

#include <iostream>
template<int Start, int Step, int End>
void constexprLoop() {
    if constexpr (Start < End) {
		// ==== 循环体 ====
        cout << Start << endl;
		// ===============
        constexprLoop<Start + Step, Step, End>();
    }
}
int main() {
    constexprLoop<0, 2, 6>();
    return 0;
}

　　 更直接的，还可以用 constexpr 函数

constexpr int factorial(int n) {
    int result = 1;
    for (int i = 2; i <= n; ++i) {
        result *= i;
    }
    return result;
}

　　 另见 SLISC 中如何实现 std::hash<tuple<...>>。

1. Template Function Overloading

　　 【这里的笔记过时了，用 SFINAE 就好】 在普通的 function overloading 的基础上：

• 所有可以 instantiate 的 template 函数也都是 viable 的。
• 如果存在多于一个 best match, 就先在其中选非 template 的 function, 如果没有就选最 spetialized template function, 如果还没有就报错 (ambiguous).
• 什么样的含有 template type 的 function argument 算是更 specialized 的呢? 目前已知 T * 和 vector <T> 肯定比 T 更 specialized. 猜测大概是能接受的变量类型越少越 specialize.

Meta programming

• constexpr 函数是在编译时计算的, 其实就是 meta-programming.
• 而且 constexpr 函数既可以用在编译时也可以用在运行时.
• if constexpr 加上 <typetrait> 可以对不同的类型执行不同的代码 (没有 overhead).
• <typetrait> 里面有用的模板有 is_float<T>, is_same<T1, T2>

  template <class T, class T1>
  inline void divide_equals_vs(T *v, const T1 &s, Long_I N)
  {
  	constexpr std::is_floating_point<T> is_float;
  	if constexpr (is_float) {
  		times_equals_vs(v, 1./s, N);
  	}
  	else {
  		for (Long i = 0; i < N; ++i)
  			v[i] /= s;
  	}
  }
  

• constexpr 函数和 constructor 会自动 inline, 即可以无视 ODR（one definition rule）.
• if constexpr() 是编译时完成的, 相当于 #ifdef, #endif 导致的条件编译, 所以没有编译到的部分即使对当前的情况有语法错误也没有关系. 例如下面这段 SLISC 中的代码, 当 T1, T2 是 Vector<> 或 Matrix<> 的时候, 即使 dim1(), dim2(), dim3() 没有定义也不会出错!

  template <class T1, class T2>
  Bool shape_cmp(const T1 &v1, const T2 &v2)
  {
  	if constexpr (T1::ndims() == 1 && T2::ndims() == 1) {
  		return v1.size() == v2.size();
  	}
  	else if constexpr (T1::ndims() == 2 && T2::ndims() == 2) {
  		return v1.nrows() == v2.nrows() && v1.ncols() == v2.ncols();
  	}
  	else if constexpr (T1::ndims() == 3 && T2::ndims() == 3) {
  		return v1.dim1() == v2.dim1() && v1.dim2() == v2.dim2()
  			&& v1.dim3() == v2.dim3();
  	}
  	return false;
  }
  

• 感觉在 class 里面定义 enum{}; 的做法完全可以被 static constexpr 函数取代.

  constexpr long myfac(long i)
  {
  	if (i == 0)
  		return 1;
  	return myfac(i - 1)*i;
  }
  
  int main()
  {
  	constexpr long i = myfac(4);
  	int a[i]; // totally ok!
  	long j = 5;
  	long k = myfac(j); // still ok!
  }
  

• std::common_type<T1, T2, ...>::type 返回一个共同的类型 T 使得所有的 T1, T2... 都可以 implicitly 转换成 T. 例如可以定义两种类型的加法为

  template <class T1, class T2>
  std::common_type<T1, T2, ...>::type myplus(const T1 &x, const T2 &y)
  {
  	return x + y;
  }
  

  该函数 argument 如果输入 complex <double> 和 double 就可以返回前者, 输入 double 和 int 也可以返回前者.
• 模板也可以有默认变量，或者任意个数变量 ...

2. variadic template

　　 variadic template lambda

template<typename Func, typename... Args>
auto callGenericLambda(Func&& func, Args&&... args) -> decltype(auto) {
    return func(std::forward<Args>(args)...);
}

int main() {
    auto lambda = [](auto&&... args) {
        // A fold expression to print all arguments.
        ((std::cout << args << ' '), ...);
    };

    callGenericLambda(lambda, 42, "Hello", 3.14);
}