C/C++语言基础--C++模板与元编程系列六，C++元编程相关库的讲解与使用

🕗 发布于 2024-11-15 16:36 c语言 c++ java 开发语言 visual studio

本专栏目的

更新C/C++的基础语法，包括C++的一些新特性

前言

模板与元编程是C++的重要特点，也是难点，本人预计将会更新10期左右进行讲解，这是第六期，讲解元编程相关库等，本人感觉这一部分内容还是比较复杂的；
C语言后面也会继续更新知识点，如内联汇编；
欢迎收藏 + 关注，本人将会持续更新。

文章目录

1、元编程简介

简介

🃏 官方：元编程（Metaprogramming）是指某类计算机程序的编写，这类计算机程序编写或者操纵其他程序（或者自身）作为它们的数据，或者在运行时完成部分本应在编译时完成的工作。

🛰 简单的说：在编译期进行计算或者类型判断这两类

constexpr

constexpr在变量模板这一届已经讲过了，详细请看：C/C++语言基础–C++模板与元编程系列三(变量模板、constexpr、萃取等…………)

constexpr就是一个很典型的例子，他修饰的函数、变量这些在编译期就完成了计算或者类型判断，这里仅作简单介绍，这里举两个例子：

1、结合模板

template <int x>
struct MM {
constexpr static int y = x + 1;
};

这里定义了一个结构体，在结构体中定义了constexpr变量，这说明这个变量的值在编译的时候就计算出来了，但是这里要注意的是要加static修饰，在C++17标准之后，constexpr 就已经默认自动会加上static修饰，==原因是：==如果不加那么程序就不知道这个变量应该在什么地方存储，把他定义为静态变量也符合元编程的定义，🐯 提示：一般程序的内存分配是在运行的时候分配的，但是有些不是，是在编译期确定，如：静态、全局、常量等…………
传递参数：是在模板中，利用模板的特化特性

2、constexpr修饰函数

constexpr int add(int a, int b)
{
return a + b;
}

注意：constexpr修饰的的函数，那么调用他的地方，仅仅说明可以在编译期进行计算，但是不一定就在编译器进行计算，还可能在运行期计算，如下：

int x = 10;
int y = 20;
cout << add(x, y) << endl;        // 运行期计算，因为编译器不确定

cout << add(10, 20) << endl;       // 编译期计算
constexpr int sum = add(10, 20);   // 返回值结=接收，需要用constexpr修饰

但是小编认为，最好先用变量接收这个值，然后在输出，然后需要注意的是：返回值一定要用constexpr修饰，这样的add(x, y)会报错，这样符合元编程概念：在编译期进行静态计算.

在这里插入图片描述

为什么需要元编程技术？？

主要目的：提高效率

😈 假设：有一个东西，在运行的时候经常要用，这个值是固定的，但是需要通过计算得出，我们这里假设斐波那契数列前30项是固定的，需要经常使用，那么这个时候就可以现用元编程的循环结构先在编译器进行计算，后面在运行的时候直接调用即可(这个代码见下一节：元编程的三种编程方式)

2、C++元编程相关库的使用

C++11标准引入了一系列增强模板元编程特性的功能和库，但并没有直接引入一个名为“元编程库”的单一头文件，然而，C++11通过增强模板、类型特征（type traits）和其他编译时特性，为元编程提供了更强大的支持。

在C++11中，与元编程紧密相关的头文件主要是<type_traits>。这个头文件包含了大量的类型特征模板，这些模板可以在编译时查询类型的信息，并根据这些信息进行条件编译或生成代码。

<type_traits> 头文件主要解决的是：元编程中类型判断问题。

is_void

is_void 是在编译期进行判断，这个变量类型是否是void，一般结合模板使用（这里简单举例了一下）。

适用场景

检查基本类型
检查自定义类型

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <type_traits>

using namespace std;

struct MyType {
string name;
unsigned int age;
};

int main()
{
// 检查基本类型
cout << boolalpha;
cout << "is_void<void>: " << is_void<void>::value << endl;
cout << "is_void<int>: " << is_void<int>::value << endl;

// 检查自定义类型
cout << "is_void<MyType>: " << is_void<MyType>::value << endl;


// C++17简化版本
cout << "C++17: " << is_void_v<void> << endl; 

return 0;
}

输出：

在这里插入图片描述

is_integral

is_void 是在编译期进行判断类型是否为整型类型。

注意：整型类型包括所有的整数类型（如 char、short、int、long、long long 等）以及它们的无符号版本（如 unsigned char、unsigned short、unsigned int、unsigned long、unsigned long long 等），不只是int哈 🤠🤠🤠🤠

#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <type_traits>

using namespace std;

int main()
{
// 判断是整型
cout << boolalpha;
cout << "is_integral<int>: " << is_integral<int>::value << endl;
cout << "is_integral<char>: " << is_integral<char>::value << endl;
cout << "is_integral<unsigned>: " << is_integral<unsigned>::value << endl;
cout << "is_integral<long long>: " << is_integral<long long>::value << endl;

// 判断不是整形
cout << "is_integral<string>: " << is_integral<string>::value << endl;
cout << "is_integral<double>: " << is_integral<double>::value << endl;

// C++17 优化版本
cout << "C++17: " << is_integral_v<int> << endl;


return 0;
}

输出:

在这里插入图片描述

is_floating_point

用于在编译时检查一个给定的类型是否为浮点型类型。浮点型类型主要包括 float、double .

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <type_traits>

using namespace std;

int main()
{
// 检查浮点型
cout << boolalpha;
cout << "is_floating_point<float>: " << is_floating_point<float>::value << endl;
cout << "is_floating_point<double>: " << is_floating_point<double>::value << endl;

// 检查非浮点型
cout << "is_floating_point<string>: " << is_floating_point<string>::value << endl;
cout << "is_floating_point<int>: " << is_floating_point<int>::value << endl;


// C++17优化版本
cout << "C++17: " << is_floating_point_v<int> << endl;


return 0;
}

输出：

在这里插入图片描述

is_const

在编译时检查一个给定的类型是否被const修饰。如果类型是常量类型，则返回为 true；否则为 false。

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <type_traits>

using namespace std;

template<typename _Ty>
void isConst()
{
// 17版本: is_const_v
if (is_const<_Ty>::value) {
cout << "is const" << endl;
}
else {
cout << "no const" << endl;
}
}

void test()
{
isConst<int>();
isConst<const int>();
isConst<const char*>();
}

int main()
{
test();

return 0;
}

输出：

在这里插入图片描述

remove_const

在编译时移除类型的 const 限定符

如果给定的类型已经是 const 限定的，std::remove_const 会生成一个去除了 const 限定符的新类型
如果给定的类型原本就没有 const 限定符，那么它就直接返回该类型本身

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <type_traits>

using namespace std;

template<typename _Ty>
void fix(_Ty t)
{
// C++14 简化版本: remove_const_t
using Type = remove_const<_Ty>::type;
Type num = t;
cout << num + 10 << endl;
}

int main()
{
constexpr int x = 10;
fix<decltype(x)>(x);


return 0;
}

结果：

在这里插入图片描述

remove_reference

在编译时移除类型的引用限定符（即 & 或 &&）

如果给定的类型是一个引用类型，std::remove_reference 会生成一个去除了引用限定符的新类型
如果给定的类型原本就不是引用类型，那么它就直接返回该类型本身。

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <type_traits>

using namespace std;

template <class _Ty>
void fix(_Ty t) 
{
if (is_same_v<_Ty, int&>) {
t += 10;
cout << "before t: " << t << endl;

// C++简化版： remove_reference_t
using Type = remove_reference<_Ty>::type;
Type num = t;
num += 20;
cout << "before t: " << t << "\tbefore num: " << num << endl;
}
}

int main()
{
int x = 20;
int& y = x;

fix<int&>(y);

return 0;
}

结果：

在这里插入图片描述

👀 很明显，这个去掉了&d的作用

is_same

用于在编译时检查两个类型是否完全相同

它不是直接可执行的代码，而是用作模板参数或与其他模板结合使用时，在编译时提供类型信息的工具

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <type_traits>

using namespace std;

template <typename _Ty>
void fix(_Ty t)
{
// 如果不用constexpr会报错，因为不用constexpr编译器会在运行的时候运行代码，这个时候编译器就是错误
if constexpr (is_same_v<_Ty, string>) {
t += "--fix";
}
else {
t += 10;
}
cout << " fix: " << t << endl;
}

void test()
{
fix<int>(18);
fix<string>(string("yxz"));
fix<double>(8);
}

int main()
{
cout << boolalpha;
test();

return 0;
}

结果：

在这里插入图片描述

😜 这里有个注意点： if constexpr结构，这个下一篇介绍元编程的三种编程方式会讲🏚🏚

enable_if

用于在编译时基于模板参数的条件来选择性地启用或禁用函数模板、类模板的特定特化—，或者模板成员函数。std::enable_if 通常与 typename = std::enable_if<condition>::type(C++11)，在C++14有enable_if_t。

💌 核心：启用、禁止

#include <iostream>
#include <type_traits>

using namespace std;

template<typename _Ty, typename = enable_if<is_integral_v<_Ty>>::type>
void printInt(_Ty t)
{
cout << "整型数据: " << t << endl;
}

int main()
{
printInt<int>(10);
//printInt<double>(10.0);  // 报错

return 0;
}

结果：

在这里插入图片描述

conditional

std::conditional 是一个模板结构体，它根据给定的条件来选择两个类型之一。这类似于条件编译指令（如 #ifdef），但它是在类型级别上工作的，而不是在编译指令级别。

std::conditional 模板接受两个类型参数和一个布尔条件作为模板参数。

如果条件为真（true），则 std::conditional 的 type 成员别名将解析为第一个类型参数；
如果条件为假（false），则它将解析为第二个类型参数。

#include <iostream>
#include <type_traits>

using namespace std;

int main()
{
constexpr bool condition = false;   // 条件判断, 这个一般需要结合模板， 然后更具实际业务常见

using Type = conditional<condition, int, string>::type;
Type t;

if constexpr (!is_integral_v<Type>) {
t += string("yxz");
}

cout << t << endl;

return 0;
}

结果:

在这里插入图片描述

declval

std::declval 是 C++11 引入的一个非常有用的工具，它位于 <utility> 头文件中，它允许在编译期的时候判断一个类是不是包含某一种方法。

std::declval 基本用法

template<typename T>  
auto func() -> decltype(std::declval<T>().member_function());   //判断T这个类是否有member_function这个方法

🛰 例子：

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <utility>

using namespace std;

class Test
{
public:
void print()
{
cout << __FUNCTION__ << endl;
}
};

class Other
{
public:
Other()
{
cout << __FUNCTION__ << endl;
}
};

template <typename T>
auto func() -> decltype(declval<T>().print())
{
cout << __FUNCTION__ << endl;
}

int main()
{
func<Test>();
//func<Other>();  报错

return 0;
}

结果：

在这里插入图片描述

原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_74085818/article/details/143782356

免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！

上一篇：Linux 进程间通信——共享内存
下一篇：Spring Security概述

Java项目:校园宿舍管理系统(优质版)(Springboot3+Maven+Mybatis Plus+Vue3+ Element Plus+Mysql)
Springboot3+Maven+Mybatis Plus+Vue3+ Element Plus+Mysql 开发的前后端分离的校园宿舍管理系统。
阅读更多2024-11-16
IntelliJ IDEA新建项目或导入未识别为maven解决
1.首先，我的情况是我新建了一个springboot项目，然后选择类型是Maven但是建立后不是maven项目。当然，前提是你的maven已经在idea上做好配置了。2.打开项目后，从File --》
阅读更多2024-11-16
Gin HTML 模板渲染
Gin HTML模板入门
阅读更多2024-11-16
未来的车网互动如何重塑我们的城市生活
设想一下，在一个寒冷的冬日，你的车辆通过车网互动得知前方桥梁可能结冰，它会自动降低速度，并提醒你注意驾驶安全。公众的参与同样重要，只有当越来越多的车辆加入到车网互动系统中，才能真正发挥其潜力，提高整个
阅读更多2024-11-16
人工智能技术的应用前景及其对生活和工作方式的影响
人工智能技术的应用前景广阔，它不仅在医疗、企业和日常生活中带来了显著的变化，还将继续推动社会的创新和发展。面对 AI 技术带来的机遇和挑战，我们需要共同努力，确保技术的发展能够造福人类社会，创造一个更
阅读更多2024-11-16
《AI技术，让生活更简单》
想象一下，你回到家，灯自动亮了，空调调到你喜欢的温度，冰箱告诉你牛奶快没了，甚至还能帮你预约超市送货。这不是科幻电影，这就是AI技术正在做的事情。
阅读更多2024-11-16
sychronized锁
sychronized 关键字能成为锁的原因，是因为它提供了**内置锁（Intrinsic Lock）**机制，用于线程同步，确保同一时刻只有一个线程能够访问被标记为 synchronized 的代码
阅读更多2024-11-16
SpringBoot 2.2.10 无法执行Test单元测试
同样的Idea版本，现有的项目却可以执行，按照C老师的提示增加对junit5的引用支持，依然没有，StackOverflow上也是提示增加依赖，依赖加完之后执行报错一个 EnginListener N
阅读更多2024-11-16
springMVC 全局异常统一处理
进⾏异常处理，具有集成简单、有良好的扩展性、对已有代码没有⼊侵性等优点，但该⽅法仅能获取到异常信息，若在出现异常时，对需要获取除异常以外的数据的情况不适⽤。Unchecked Exception，⽽
阅读更多2024-11-16
thinkphp6配置多应用项目及多域名访问路由app配置
ThinkPHP 多应用模式初探
阅读更多2024-11-16

C/C++语言基础--C++模板与元编程系列六，C++元编程相关库的讲解与使用

文章目录

1、元编程简介

简介

constexpr

为什么需要元编程技术？？

2、C++元编程相关库的使用

is_void

is_integral

is_floating_point

is_const

remove_const

remove_reference

is_same

enable_if

conditional

declval

相关文章