元编程 - 技术栈

好久没更新，不是没学习，是不想写到CSDN而已，都写在本地了。这次是因为我觉得我对于元编程的理解还可以了，使用上还是比较少，那就得练了。

文章目录

[1. 类型推导工具](#1. 类型推导工具)
[2. type traits](#2. type traits)
- [2.1 基本例子](#2.1 基本例子)
- [2.2 其他traits](#2.2 其他traits)
[3. SFINAE](#3. SFINAE)
- [3.1 void_t](#3.1 void_t)
- [3.2 SFINAE](#3.2 SFINAE)
- [3.3 enable_if](#3.3 enable_if)

1. 类型推导工具

类型和值的转换

c++ 复制代码

template<class T,T v>
struct integral_constant{
    static const T value = v;
    typedef T value_type;
    typedef integral_constant type;
};

T是类型，V是值。

常用的就是bool_constant，值和类型对应起来了。

c++ 复制代码

template<bool,B>
using bool_constant = integral_constant<bool, B>;

typedef bool_constant<true>true_type;//<true_type能够拿到值
typedef bool_constant<false>false_type;

用途呢？值是不能用来重载的，但是类型是可以的。很多时候编译期拿到的都是值，比如is_same_v，用它可以转换成类型。

2. type traits

2.1 基本例子

判断：is_array，is_enum，is_function，is_reference，is_const，has_virtual_destructor等等

修改：decay，make_signed，remove_const，remove_cv，remove_reference等等

判断的例子：is_reference这个可以自己实现，有的实现不了。

c++ 复制代码

template<class T>
struct is_reference:public false_type{};

template<class T>
struct is_reference<T&>:public true_type{};

template<class T>
struct is_refernce<T&&>:public true_type{};

template<class T>
inline constexpr bool is_reference_v = is_reference<T>::value;

修改的例子：remove_const

c++ 复制代码

template<class T>
struct remove_const{
    typedef T type;
};

template<class T>
struct remove_const<const T>{
    typedef T type;
};

template<class T>
using remove_const_t = typename remove_const<T>::type

有个坑，const string &，或者const int &这种结构，remove_const后结果都还是自己，因为他们最外层是ref，即便用is_const得到的都是假，要像洋葱一样一层一层剥，最外层是referencce，再一层才是const。如果需要得到string &，需要先去掉reference，再去掉const，再加上reference。这个的主要原因是const string&应该写成string const&，我们习惯反着写。

gpt给的例子

c++ 复制代码

#include <bits/stdc++.h>

#include <iostream>
#include <type_traits>
template <typename T>
void remove_const_example() {
  std::cout << std::is_reference<T>::value << std::endl;
  std::cout << std::is_const<T>::value << " -> "  // 输出是否是 const 类型
            << std::is_const<typename std::remove_const<T>::type>::value
            << std::endl;  // 输出移除 const 后的类型是否是 const
}

int main() {
  remove_const_example<const int&>();
  // remove_const_example<const int>();  // 输出: 1 -> 0
  // remove_const_example<int>();        // 输出: 0 -> 0
  // remove_const_example<const double>(); // 输出: 1 -> 0
  return 0;
}

2.2 其他traits

吴老师举了几个他常用的例子

is_pod的traits不建议用了，最新的c++已经没有了，因为这一般不是我们想要的，用下面两个替换掉了

is_standard_layout：内存使用标准布局，其实就是没有虚函数、没有继承、没有static函数这些。
is_trivial：默认构造、复制、析构是不是不需要做任何特殊处理。分为下面两种
- is_trivially_default_constructible:默认构造不需要执行任何动作
- is_trivially_copyable：复制时可以简单复制内存块，不需要做特殊处理。这个还分为下面四种
  - is_trivially_copy_constructible：拷贝构造可以简单复制内存块
  - is_trivially_copy_assignable：拷贝赋值可以复制简单内存块
  - is_trivially_move_constructible：移动构造可以复制简单内存块
  - is_trivially_mvoe_assignable：移动赋值可以复制简单内存块
  - is_trivially_destructible：析构不需要执行任何操作

3. SFINAE

3.1 void_t

如果变参模板中能够正常匹配就去掉全部类型，只剩void，如果不能，就直接失败（SFINAE）。

c++ 复制代码

template<typename...>
using void_t=void;

3.2 SFINAE

用void_t实现has_reserve

c++ 复制代码

#include <bits/stdc++.h>

template <typename T, typename C= void>
struct has_reserve : std::false_type {
  has_reserve() { std::cout << "not" << std::endl; }
};

template <typename T>
struct has_reserve<T, std::void_t<decltype(std::declval<T&>().reserve(1U))>>
    : std::true_type {
  has_reserve() { std::cout << "has" << std::endl; }
};
struct A {};
struct B {
  void reserve(unsigned int) {}
};
int main() {
  has_reserve<A> a;
  has_reserve<B> b;
}

我之前为什么一直没理解SFINAE，其实主要是没理解默认参数的特化。有几个核心点

为什么主模板要写个默认参数？

先说答案，不写默认的，就写个typename = void也是可以的（其实这个更好），原因在下面。
这个默认参数也不是必须是void，但是为了要用下面的std::void_t就只能用void，我尝试写了一个int_t，也是可以的。
特化版本的第二个如果能够满足里面的条件，就变成了has_reserve<T,void>。前面说到void是默认参数，或者说正常情况是没人给has_reserve传第二个参数的，也就是说第二个参数必须是void。而特化版本第二个也必须是void才能匹配上主模板。还是那句话，主模板是void不是因为自己，是因为特化需要void_t。

如果主模板的默认参数是int，其它不变会怎么样？

特化会依然是它的特化，但是不会被匹配到。还是那句话，没人会传入第二个参数，就是说，你写的 has_reserve<A> a;会变成 has_reserve<A,int> a;，怎么可能和 has_reserve<T,void>匹配呢？

如果你非要说，我就这么写has_reserve<A,void> a;，那好，你能匹配上。

特化std::void_t里面是什么呢？

这里面确实有点乱，但还不至于恶心到看不懂。std::declval<T&>()用于在编译期构造一个对象，这个东西我搜来搜去基本都用来检查是否有某个函数了。cppreference上说哪怕它的构造不能调，也可以这么写，因为只有编译阶段生效。注意declval前面一定要加std。

3.3 enable_if

先说enable_if的实现。第一个是参数是true，type就返回T，不是，就不满足sfinae标准，匹配失败。

c++ 复制代码

template<bool B, class T = void>
struct enable_if {};
 
template<class T>
struct enable_if<true, T> { typedef T type; };

上面的扩展

c++ 复制代码

#include <bits/stdc++.h>

template <typename T, typename = void>
struct has_reserve : std::false_type {
  has_reserve() { std::cout << "not" << std::endl; }
};

template <typename T>
struct has_reserve<T, std::void_t<decltype(std::declval<T&>().reserve(1U))>>
    : std::true_type {
  has_reserve() { std::cout << "has" << std::endl; }
};

template <typename C>
std::enable_if_t<has_reserve<C>::value, void> put_data(C& container) {
  std::cout << "has func" << std::endl;
}

template <typename C>
std::enable_if_t<!has_reserve<C>::value, void> put_data(C& container) {
  std::cout << "not" << std::endl;
}
struct A {};
struct B {
  void reserve(unsigned int) {}
};
int main() {
  has_reserve<A> a;
  has_reserve<B, void> b;
  std::vector<int> c;
  std::list<int> d;
  put_data(c);
  put_data(d);
}

首先，我把主模板的默认参数改掉了。这种写法相当于把enable加到了返回值上。回到enable_if的定义，如果第一个value失败了就SFINAE失败，换下一个，如果是真的就直接返回第二个参数：void。如果函数需要有返回值那就把enable_if后面的void换成其它类型，比如int。