模板元編程#
#include <cstdint>
template <uint64_t N> struct Fact {
enum { Value = N * Fact<N - 1>::Value };
};
template <> struct Fact<1> {
enum { Value = 1 };
};
template <uint64_t N> struct Fib {
enum { Value = Fib<N - 1>::Value + Fib<N - 2>::Value };
};
template <> struct Fib<1> {
enum { Value = 1 };
};
template <> struct Fib<2> {
enum { Value = 2 };
};
template <uint64_t base, uint64_t exp> struct Pow {
enum { Value = base * Pow<base, exp - 1>::Value };
};
template <uint64_t base> struct Pow<base, 1> {
enum { Value = base };
};
int main() {
auto val1 = Fact<10>::Value;
auto val2 = Fib<20>::Value;
auto val3 = Pow<2, 10>::Value;
return 0;
}
如上程式碼片段我們是用模板實現了在編譯期的計算(C++11
起支援)。
constexpr#
從C++14
開始,支援使用constexpr
來修飾函數,這樣如果我們給這個函數傳入常數,那麼將會在編譯器計算;如果傳入變數,只能在執行期計算。這一點可以從生成的組合語言程式碼看出。
#include <cstdint>
constexpr auto fact(uint64_t n) {
if (n == 1) {
return n;
}
return fact(n-1) * n;
}
int main() {
constexpr auto val = fact(10);
return 0;
}
fact(int):
push rbp
mov rbp, rsp
sub rsp, 16
mov DWORD PTR [rbp-4], edi
cmp DWORD PTR [rbp-4], 1
jne .L2
mov eax, DWORD PTR [rbp-4]
jmp .L3
.L2:
mov eax, DWORD PTR [rbp-4]
sub eax, 1
mov edi, eax
call fact(int)
imul eax, DWORD PTR [rbp-4]
.L3:
leave
ret
main:
push rbp
mov rbp, rsp
sub rsp, 32
mov DWORD PTR [rbp-20], edi
mov QWORD PTR [rbp-32], rsi
mov DWORD PTR [rbp-4], 3628800
mov eax, DWORD PTR [rbp-20]
mov edi, eax
call fact(int)
mov DWORD PTR [rbp-8], eax
mov eax, 0
leave
ret
constexpr 與模板元編程的比較#
#include <cstdint>
constexpr auto fib(uint64_t n) {
if (n <= 1) {
return 1;
}
return fib(n-1) + fib(n-2);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
constexpr auto val = fib(40);
return 0;
}
如果我們採用constexpr
這種寫法的話,編譯器會報錯,這是因為這個函數重複計算比較多。
而我們使用下面模板元編程這種寫法的話就可以,這是因為編譯器會對其進行記憶化,省去了重複的計算。
未來編譯器可能會支援constexpr
函數的記憶化。
template<uint64_t N> struct Fib {
enum { Value = Fib<N-1>::Value + Fib<N-2>::Value };
};
template<> struct Fib<1> {
enum { Value = 1 };
};
template<> struct Fib<0> {
enum { Value = 1};
};
int main(int argc, char *argv[]) {
auto val = Fib<40>::Value;
return 0;
}
constexpr if#
C++17
開始支援constexpr if
,這意味著我們可以簡化模板元編程的寫法,省去了實例化初始值。這樣的話即使比較複雜的計算也能夠支援,因為模板元編程有記憶化。
#include <cstdint>
template<uint64_t N> struct Fib {
static constexpr uint64_t Value = []{
if constexpr (N <= 1) {
return 1;
} else {
return Fib<N-1>::Value + Fib<N-2>::Value;
}
}();
};
int main(int argc, char *argv[]) {
constexpr auto val = Fib<40>::Value;
return 0;
}