C++模板元编程
作者：荣耀

提交者：eastvc 发布日期：2003-12-14 19:50:43
原文出处：http://www.royaloo.com/articles/articles_2003/Metaprogramming.htm


摘要

本文描述了模板元编程技术的起源、概念和机制，并介绍了模板元编程技术在Blitz++和Loki程序库中的应用。 

关键字

编译期计算  模板元编程  Blitz++  Loki 

导言 

1994年，C++标准委员会在圣迭哥举行的一次会议期间Erwin Unruh展示了一段可以产生质数的代码。这段代码的特别之处在于质数产生于编译期而非运行期，在编译器产生的一系列错误信息中间夹杂着从2到某个设定值之间的所有质数：
 
// Prime number computation by Erwin Unruh 
template <int i> struct D { D(void*); operator int(); }; 

template <int p, int i> struct is_prime { 
    enum { prim = (p%i) && is_prime<(i > 2 ? p : 0), i -1> :: prim }; 
}; 

template < int i > struct Prime_print { 
    Prime_print<i-1> a; 
    enum { prim = is_prime<i, i-1>::prim }; 
    void f() { D<i> d = prim; } 
}; 

struct is_prime<0,0> { enum {prim=1}; }; 
struct is_prime<0,1> { enum {prim=1}; }; 
struct Prime_print<2> { enum {prim = 1}; void f() { D<2> d = prim; } }; 
#ifndef LAST 
#define LAST 10 
#endif 
main () { 
    Prime_print<LAST> a; 
} 

类模板D只有一个参数为void*的构造器，而只有0才能被合法转换为void*。1994年，Erwin Unruh采用Metaware 编译器编译出错信息如下（以及其它一些信息，简短起见，它们被删除了）： 
| Type `enum{}′ can′t be converted to txpe `D<2>′ ("primes.cpp",L2/C25). 
| Type `enum{}′ can′t be converted to txpe `D<3>′ ("primes.cpp",L2/C25). 
| Type `enum{}′ can′t be converted to txpe `D<5>′ ("primes.cpp",L2/C25). 
| Type `enum{}′ can′t be converted to txpe `D<7>′ ("primes.cpp",L2/C25). 
如今，上面的代码已经不再是合法的C++程序了。以下是Erwin Unruh亲手给出的修订版，可以在今天符合标准的C++编译器上进行编译：
 
// Prime number computation by Erwin Unruh 

template <int i> struct D { D(void*); operator int(); }; 

template <int p, int i> struct is_prime { 
    enum { prim = (p==2) || (p%i) && is_prime<(i>2?p:0), i-1> :: prim }; 
}; 

template <int i> struct Prime_print { 
Prime_print<i-1> a; 
    enum { prim = is_prime<i, i-1>::prim }; 
    void f() { D<i> d = prim ? 1 : 0; a.f();} 
}; 

template<> struct is_prime<0,0> { enum {prim=1}; }; 
template<> struct is_prime<0,1> { enum {prim=1}; }; 

template<> struct Prime_print<1> { 
    enum {prim=0}; 
    void f() { D<1> d = prim ? 1 : 0; }; 
}; 

#ifndef LAST 
#define LAST 18 
#endif 

main() { 
    Prime_print<LAST> a; 
    a.f(); 
} 
在GNU C++ (MinGW Special) 3.2中编译这段程序时，编译器将会给出如下出错信息（以及其它一些信息，简短起见，它们被删除了）： 
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 17]'
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 13]'
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 11]'
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 7]'
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 5]'
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 3]'
Unruh.cpp:12: initializing argument 1

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