类型选择

目的

在编译期间, 根据一些条件, 决定类型.

动机

在编译期根据一些信息来做出决议是元编程的一个强大工具. 其中一种就是在编译期决定类型, 比如根据一些列的条件最后决定具体的类型.

例如, 考虑一个 Queue 的实现, 这个模板类有一个静态数组, 模板参数作为这个 Queue 类型的最大容量. Queue 类同时需要存储当前元素的个数, 从 0 开始. 可能的优化方案是用不同的类型, 来存储 size 值. 比如当 Queue 的最大容量小于 256 时, 存储容量的类型是 unsigned char, 当容量小于 65536 时, 存储容量的类型是 unsigned short, 更大的容量时使用 unsigned int 类型. 类型选择可以在这个时候发挥作用.

解决方案以及代码示例

一个简单的解决方案是使用 IF 模板. IF 模板有三个模板参数, 第一个参数是编译期的 bool 表达式. 如果表达式为 true 那么第二个模板参数类型将被选中, 否则会选中第三个模板参数. IF 模板由下面的一个模板和一个模板偏特化构成.

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template <bool, class L, class R>
struct IF  // primary template
{
  typedef R type;
};
template <class L, class R>
struct IF<true, L, R> // partial specialization
{
  typedef L type;
};
IF<false, int, long>::type i; // is equivalent to long i;
IF<true,  int, long>::type i; // is equivalent to int i;

下面就是使用类型选择实现的 Queue 类:

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template <class T, unsigned int CAPACITY>
class Queue
{
  T array[CAPACITY];
  typename IF<(CAPACITY <= 256),
      unsigned char,
      typename IF<(CAPACITY <= 65536),
                  unsigned short,
                  unsigned int
                 >::type
    >::type size;
  // ...
};

模板类 Queue 声明了一个类型为 T 的数组, 数据成员 size 的类型由两个 IF 模板的结果来决定. 注意, 这些比较不是在运行时而是在编译期.

已知的应用

参考

  • 《Modern C++ design》(2.6 型别选择 (type selection)) Andrei Alexandrescu
C++, metaprogramming
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