About
RSS

Bit Focus


拿去吧, 四字节整数类型

    对于 C(++) 之流在平台相关这种水深火热之中挣扎的语言, 对机器字长, 以及整数类型字长在一些情况下是极其敏感的. 所以每个大型项目建设之前, 在某个头文件里面定义一大堆 int32 或者是 unsigned8_t 之类的固定字长类型显得非常必要, 而且让工程看起来很专业的样子. 然而, 由于标准库中没有, 项目之间又互相不信任, 结果是几乎每个库都会自定一套, 比如 boost 就有 int8_t, int_least8_t 等类型, 而 Qt 更是拿出了叫做 qulonglong 的类型来卖萌. 虽然说是跨平台, 但是如果迁移平台时使用了错误版本的库呢? 因此有时依然需要写一个类似下面的程序来人肉验证
int main()
{
    std::cout << sizeof(int4_type) << " "
              << sizeof(int8_type) << std::endl;
    return 0;
}
    然而, 人都是不可靠的, 如果有人对你说, 喔, 我跑了上面的程序, 结果是 "4 8", 也许你仍会强迫症一样, 自己再验证一次. 好了, 也许你已经厌烦了, 这么一点破事情, 难道不能交给机器做么?
    理想的解决方案是, 只需要这样一个模板就好了
template <int _SizeOf>
struct IWantAnIntegralTypeOf;

int main()
{
    IWantAnIntegralTypeOf<4> this_is_a_4_bytes_int;
    IWantAnIntegralTypeOf<8> this_is_a_8_bytes_int;
    return 0;
}
不是吗?

    这是完全可行的, 实际上, 可以把 C 支持的所有内建整数类型先拿出来, 组成一个类型链表来搜索, 像下面这样
struct __null__ {};

struct c_char {
    typedef char type;
    typedef __null__ next;
};

struct c_short {
    typedef short type;
    typedef c_char next;
};

struct c_int {
    typedef int type;
    typedef c_short next;
};

struct c_long {
    typedef long type;
    typedef c_int next;
};

struct c_long_long {
    typedef long long type;
    typedef c_long next;
};

struct __head__ {
    typedef c_long_long next;
};
    接下来, 弄个模板来搜, 搜索当然是用模板偏特化的方法
template <typename _TypeNode, int _SizeOf, bool _SizeMatched>
struct type_finder;

template <typename _TypeNode, int _SizeOf>
struct type_finder<_TypeNode, _SizeOf, true>
{
    typedef typename _TypeNode::type type;
};

template <typename _TypeNode, int _SizeOf>
struct type_finder<_TypeNode, _SizeOf, false>
{
    typedef
        typename type_finder<
                typename _TypeNode::next
              , _SizeOf
              , _SizeOf == sizeof(typename _TypeNode::next::type)>::type type;
};

Permanent Link: /p/217 Load full text

Post tags:

 Generic Programming
 Metaprogramming
 C++
 Template

编译期数值计算程序设计思路

阅读这篇文章需要了解基本的 C++ 模板语法规则, 以及模板的泛化, 偏特化, 当然还包括完全特化这些基本概念. 这篇文章将给出基于 C++ 模板的 Metaprogramming 程序设计中需要注意的事项以及渐进式设计思路.

0.0.0 基础

这一段介绍 Metaprogramming 基础, 包括模板模式匹配规则, 使用模板实现循环或分支的基本方法. 对 Metaprogramming 已经有了解的同学可以跳过这一段.

本质上来说, 现代计算机的核心任务是数值计算, 周边任务是 I/O. 现代几个主流的编程语言, 如 C/C++/Java, 它们的语法组织方式与现代计算机的主流体系结构是 "平行" 的, 即, 语句的先后顺序表示它们的逻辑顺序, 而这种顺序与人的一贯思维顺序又是相同的 (在计算机中表达式的计算顺序会与书写顺序稍有不同, 但却很符合人类的思路); 可以说这是什么样的爹生什么样的崽, 什么样的人造什么样的语言和计算机.

然而, 在 C++ 模板世界中, 这个规则被打破了. 从分类上来说, Metaprogramming 更类似于函数式编程, 而不是传统的 C++ 程序设计. 在这个异世界中, 程序员不被允许使用循环或者分支语句, 包括函数返回语句都不允许: 在函数式编程中起码还有函数返回, 而在 Metaprogramming 中, 由于一切函数都没有被调用 (还在编译呢), 因此一切的值都谈不上返回, 它们只是存在于模板符号表中, 一旦编译结束便烟消云散.

当然, 没有循环, 分支这些编程语言中的基本元素, 并不意味着程序员只被允许设计顺序程序. 只不过, 在这里, 一切分流动作都被转化为了另一个语言特性: 模式匹配. (这一点与函数式编程非常相似)

下面一段代码展示了模式匹配的威力:

Code Snippet 0-0

#include <iostream>

template <unsigned I>
struct limit_to_2
{
    static unsigned const R = 2;
};

template <>
struct limit_to_2<1>
{
    static unsigned const R = 1;
};

template <>
struct limit_to_2<0>
{
    static unsigned const R = 0;
};

int main(void)
{
    std::cout << limit_to_2<0>::R << std::endl;
    std::cout << limit_to_2<1>::R << std::endl;
    std::cout << limit_to_2<2>::R << std::endl;
    std::cout << limit_to_2<3>::R << std::endl;
    return 0;
}

模板 limit_to_2 为传入的整数设置了一个上限, 当传入模板的参数为 0 或者 1 时内部定义的 R 值与参数相同, 否则将 R 设置为 2. 这看起来很像是 switch-case 语句, 0 和 1 分别是两个 case, 而未特化的模板则是 default.

但是, 这样做有一些不方便, 如果所设的上限非常高, 那岂不是要为低于限制的情况写很多特化? 所以引入分支是非常必要的. 下面这个例子展示了如何利用模式匹配来实现编译期分支:

Permanent Link: /p/50 Load full text

Post tags:

 Template
 Metaprogramming
 C++


. Back to Bit Focus
NijiPress - Copyright (C) Neuron Teckid @ Bit Focus
About this site