14.第十四章：元编程.md

第十四章：元编程

1.元编程的引入

1. 从泛型编程到元编程

   1. 泛型编程：使用一套代码处理不同类型
   2. 对于一些特殊的类型需要引入额外的处理逻辑——引入操纵程序的程序
   3. 元编程与编译期计算

2. 第一个元程序示例（Erwin Unruh）

   1. 在编译错误中产生质数

3. 使用编译期运算辅助运行期计算

   1. 不是简单地将整个运算一分为二
   2. 详细分析哪些内容可以放到编译期，哪些需要放到运行期
      1. 如果某种信息需要在运行期确定，那么通常无法利用编译期计算

4. 元程序的形式

   1. 模板， constexpr 函数，其它编译期可使用的函数（如 sizeof ）
   2. 通常以函数为单位，也被称为函数式编程

5. 元数据

   1. 基本元数据：数值、类型、模板
   2. 数组

6. 元程序的性质

   1. 输入输出均为 "常量"
   2. 函数无副作用

7. type_traits元编程库

   1. C++11 引入到标准中，用于元编程的基本组件

2.顺序、分支、循环代码的编写方式

1. 顺序代码的编写方式

   1. 类型转换示例：为输入类型去掉引用并添加 const
   2. 代码无需至于函数中
      1. 通常置于模板中，以头文件的形式提供
   3. 更复杂的示例：
      1. 以数值、类型、模板作为输入
      2. 以数值、类型、模板作为输出
   4. 引入限定符防止误用
   5. 通过别名模板简化调用方式

2. 分支代码的编写方式

   1. 基于 if constexpr 的分支：便于理解只能处理数值，同时要小心引入运行期计算
   2. 基于（偏）特化引入分支：常见分支引入方式但书写麻烦
   3. 基于 std::conditional 引入分支：语法简单但应用场景受限
   4. 基于 SFINAE 引入分支
      1. 基于 std::enable_if 引入分支：语法不易懂但功能强大
         1. 注意用做缺省模板实参不能引入分支！
      2. 基于 std::void_t 引入分支： C++17 中的新方法，通过 "无效语句" 触发分支
   5. 基于 concept 引入分支： C++20 中的方法
      1. 可用于替换 enable_if
   6. 基于三元运算符引入分支： std::conditional 的数值版本

3. 循环代码的编写方式

   1. 简单示例：计算二进制中包含 1 的个数
   2. 使用递归实现循环
   3. 任何一种分支代码的编写方式都对应相应的循环代码编写方式
   4. 使用循环处理数组：获取数组中 id=0,2,4,6... 的元素
   5. 相对复杂的示例：获取数组中最后三个元素

3.减少实例化的技巧

1. 为什么要减少实例化

   1. 提升编译速度，减少编译所需内存

2. 相关技巧

   1. 提取重复逻辑以减少实例个数
   2. conditional 使用时避免实例化
   3. 使用 std::conjunction / std::disjunction 引入短路逻辑

3. 其它技巧介绍

   1. 减少分摊复杂度的数组元素访问操作