C++ 模板元編程(Template Metaprogramming, TMP)是一種在編譯期間執行計算的技術,它利用 C++ 模板系統來實現。要在 C++ 中使用模板元編程,你需要遵循以下步驟:
template <int N>
struct Factorial {
enum { value = N * Factorial<N - 1>::value };
};
template <>
struct Factorial<0> {
enum { value = 1 };
};
在這個例子中,我們定義了一個名為 Factorial
的模板結構體,它接受一個整數參數 N
。這個模板有一個嵌套的 enum
類型,用于存儲階乘的計算結果。我們還為 N
為 0 的情況提供了一個特化版本。
int main() {
const int result = Factorial<5>::value; // 計算 5 的階乘
static_assert(result == 120, "Factorial of 5 should be 120");
return 0;
}
在這個例子中,我們實例化了 Factorial<5>
模板,并將結果存儲在 result
變量中。我們還使用了 static_assert
來確保計算結果是正確的。
N
為 0)。由于這些計算是在編譯期間完成的,因此它們不會影響程序的運行時性能。以下是一個更復雜的示例,展示了如何使用模板元編程計算斐波那契數列:
template <int N>
struct Fibonacci {
enum { value = Fibonacci<N - 1>::value + Fibonacci<N - 2>::value };
};
template <>
struct Fibonacci<0> {
enum { value = 0 };
};
template <>
struct Fibonacci<1> {
enum { value = 1 };
};
int main() {
const int fib0 = Fibonacci<0>::value; // 計算 0 的斐波那契數
const int fib1 = Fibonacci<1>::value; // 計算 1 的斐波那契數
const int fib2 = Fibonacci<2>::value; // 計算 2 的斐波那契數
const int fib3 = Fibonacci<3>::value; // 計算 3 的斐波那契數
const int fib4 = Fibonacci<4>::value; // 計算 4 的斐波那契數
const int fib5 = Fibonacci<5>::value; // 計算 5 的斐波那契數
static_assert(fib0 == 0, "Fibonacci of 0 should be 0");
static_assert(fib1 == 1, "Fibonacci of 1 should be 1");
static_assert(fib2 == 1, "Fibonacci of 2 should be 1");
static_assert(fib3 == 2, "Fibonacci of 3 should be 2");
static_assert(fib4 == 3, "Fibonacci of 4 should be 3");
static_assert(fib5 == 5, "Fibonacci of 5 should be 5");
return 0;
}
在這個例子中,我們定義了一個名為 Fibonacci
的模板結構體,用于計算斐波那契數列。我們還為 N
為 0 和 1 的情況提供了特化版本。最后,我們在 main
函數中實例化了這些模板,并使用 static_assert
確保計算結果是正確的。