c++模版的一些使用方法（三）

c++模版的應用是可以分類的。按照用途，可以分爲：

  1）工程模版

  2）算法和數據結構的解耦

  3）工作於編譯期的模版

  4）XX的封裝

  5）適配器模式

首先解釋一下，這裏的劃分屬於較高層的應用劃分，但這些應用都是基於模版的一些共同特性的，比如帶默認參數、特化和偏特化等。

分別解釋一下就是：

（1）工程模版：《c++模版的一些使用方法（一）》中提到修改第三方庫的應用屬於這一類。工程模版主要是在大工程中的一些處理手法，不太好說。

（2）算法和數據結構的解耦就很清晰了，比如stl庫，find算法既可以用於vector也可以用於list。再比如經常使用的單件模式，將它聲明爲幾類，任何需要是單件模式的類只要從這個基類派生即可獲得單件屬性

template<typename T>
class Singleton
{
protected:
        Singleton(){}
public:
    static T& GetInstance()
        {
            static T Instance;
            return Instance; 
        }
};

class MyClass:public Singleton<MyClass>
{};

（3）工作於編譯期的模版

由代碼到可執行文件分爲幾個階段：

No.1預處理階段:處理#define,#ifdef,#include等預處理指令。它使在編譯之前提供了一次修改源文件的機會，具有很大的靈活性。

No.2編譯期:將源代碼編成機器碼，每個模塊生成obj文件，

No.3鏈接器:將n個obj文件組合在一起，解析他們之間的交叉關係，得到可執行文件。

平時我們所說的執行效率，是指可執行文件處理一組數據的效率，可能還聽說過在程序設計比賽中可以利用預處理來做一些事情，以此減少程序處理數據的時間，那麼同樣，有些事情是可以在編譯期做的，同樣可以通過把一些事情提前到編譯期來提高程序的效率。

首先要明白哪些工作可以在編譯期做：

No.1當有函數重載時，編譯器在編譯期決定調用哪個函數;

No.2sizeof操作符,typedef操作符，+ - = < > :?等運算符，等等等

No.3enum類型的賦值

No.4模版的特化、偏特化和實例化

那麼，可以在編譯期做哪些事呢？

我總結的有兩點：

    1）計算一些數據

    2）生成代碼

計算數據時，比如，可以這樣計算Fibonacci數列：

template<int N>
struct Fibonacci
{
    enum
    {
        result = Fibonacci<N-1>::result+Fibonacci<N-2>::result
    };
};
template<>
struct Fibonacci<1>
{
    enum
    {
        result =1
    };
};
template<>
struct Fibonacci<0>
{
    enum
    {
        result =0
    };
};
int main()
{
    time_t t1=time(NULL);
    printf("%d\n",Fibonacci<40>::result);
    time_t t2=time(NULL);
    printf("UseTime:%d\n",t2-t1);
    return 1;
};

首先定義了一個模版，還有它的兩個特化（針對1和0），接着調用Fiboncaai<40>::result，則編譯器在編譯時會嘗試給模版中enum::result賦值，賦的是它後面那個表達式，而後面的表達式是一個另外兩個模版的實例化，這同樣也發生在編譯期，所以編譯器會繼續跟下去，一直跟到Fiboncaai<1>::result+Fiboncaai<0>，然後編譯器發現針對1和0是有模版特化的，於是它去調用特化，特化中定義了出口，於是賦值結束。可以將其理解爲類遞歸，但不同的是，真正意義的遞歸是函數的嵌套調用本身，時間複雜度很高，而這裏，由於在編譯器，每次“遞歸”實質上是模版的實例化，而出口是模版的特化，所以不存在任何的函數嵌套調用。

上面Fiboncaai<40>輸出的結果是102334155，反彙編看一下，如圖：

編譯器經過計算，直接在這裏放了一個立即數，譯成十進制正是102334155。

而上面代碼中所消耗的時間是0。如圖

而經過測試，用普通的函數遞歸計算Fiboncaai的第40個，需要8秒的時間。

用於生成代碼時，也可以成爲模版的元編程，元編程是指某類計算機程序的編寫，這類計算機程序編寫或者操縱其他程序（或者自身）作爲它們的數據，或者在編譯時完成部分本應在運行時完成的工作。很多情況下比手工編寫全部代碼相比工作效率更高。編寫元程序的語言稱之爲元語言，被操作的語言稱之爲目標語言。一門語言同時也是自身的元語言的能力稱之爲反射。

由上面的定義可知，元編程也是工作在編譯期，其實上面的計算數據的應用，也可以歸爲元編程，因爲編譯器不斷的實例化模版來“遞歸”，本質上也是在幫我們生成代碼。Loki庫中的Typelist就是使用模版元編程的經典之作。

XX的封裝和適配器模式以後再說吧