初識c++模板元編程

模板元編程（Template metaprogramming，簡稱TMP）是編譯器內執行的程序，編譯器讀入template，編譯輸出的結果再與其他源碼一起經過普通編譯過程生成目標文件。通俗來說，普通運行程序是編譯器生成的機器碼，由處理器解釋執行得到結果，TMP則是編譯器實例化template過程中得到結果。TMP已被證明是圖靈完備的機器，不過模板實例化通常需要消耗巨大的編譯器資源，而且難以追蹤錯誤，沒有合適的調試器，所以在實際開發中很少使用。

TMP有兩個重要的作用：

下面讓我們來看一個利用TMP計算3的冪的例子

template< N>
 {result=*Pow3<N-><>
 Pow3<> {result=<<<<Pow3<>::result<<

Pow<7>的實例化導致Pow3<6>的實例化，Pow3<6>又出發Pow3<5>的實例化，遞歸直至Pow3<0>結束，Pow<7>::result直接被常量值替換。

一個TMP程序可以包含以下幾部分：

• 狀態變量：即模板參數
• 迭代構造：TMP沒有循環等構件，全部用遞歸實現，另一方面遞歸的實例化也是降低編譯器效率的主要原因。
• 路徑選擇：通過使用條件表達式或者特化。
• 整形算法（即枚舉）

c++中，在類內部聲明常量值只有枚舉和靜態常量初始化兩種方式。上面的例子中可以將枚舉改成靜態常量，

template< N>
   result=*Pow3<N-><>
 Pow3<>   result=

不過靜態常量是左值，如果將結果作為引用參數傳遞給一個函數，

void foo(int const&);

foo(Pow3<7>::result);

編譯器必須獲取 Pow3<7>::result的地址，這會強制編譯器實例化靜態成員的定義，並分配內存，這就跳出了編譯期范圍。

而枚舉不是左值，沒有這個約束，通過引用傳遞的時候跟使用常量值形式是一樣的，所以一般都用枚舉類型。

Reference：

《c++ templates: the complete guide》

《effective c++》