effective C++ 条款 48：认识template元编程

template metaprogramming（模板元编程）是编写template-based c++程序并执行于编译期的过程。是以c++写成，执行于c++编译器内的程序。一旦tmp程序执行结束，其输出，也就是template具现出来的若干c++源码，便会一如往常的编译。

tmp有两个伟大的效力。第一，它让某些事情更容易。如果没有它，那些事情将是困难的，甚至是不可能的。第二，由于tmp执行于c++编译期，因此可将工作从运行期转移到编译期。导致一个结果是，某些错误原本通常在运行期才能侦测到，现在可在编译期找出来。另一个结果是使用tmp的c++程序可能在每一方面都更高效：较小的可执行文件、较短的运行期、较少的内存需求。编译时间长了。

条款47指出，advance那个typeid-based解法的效率比traits解法低，因为此方案中，1.类型测试发于运行期而非编译器，2。运行期类型测试代码会出现在可执行文件中。traits解法就是tmp，它引发“编译期发生于类型身上的if。。。else计算。

advance的typeid-based实现方式可能导致编译期问题：

std::list<int>::iterator iter;
advance(iter, 10);//无法通过编译

下面是这一版advance针对上述调用而产生的：

void advance(std::list<int>::iterator& iter, int d)
{
    if (typeid(std::iterator_traits<std::list<int>::iterator>::iterator_category)
        == typeid(std::random_access_iterator_tag))
    {
        iter += d;                //wrong!
    }
    else
        ...
}

list<int>::iterator是bidirectional不支持+=。我们知道绝不会执行+=那一行，但是编译器必须确保所有源码都有效，纵使是不会执行的代码。

针对tmp而设计的boost's mpl，见条款55 提供更高层的语法。

让我们看看循环，tmp藉由递归完成。tmp递归并不涉及递归函数调用，而是涉及“递归模板具现化”（recursive template instantiation）。

template<unsigned n>
struct Factorial{                            //一般情况
    enum{value = n*Factorial<n-1>::value};
};

template<>
struct Factorial<0>{                //特殊情况
    enum{value = 1};
};

和良好递归一样，我们需要一个特殊情况造成递归结束。这里的特殊情况就是template特化体Factorial<0>.

std::cout << Factorial<5>::value;           //印出120

tmp值得学习，3个例子：

1.确保量度单位正确。如果使用tmp，就可以确保（在编译期）程序中所有量度单位的组合都正确，可被用来早期错误侦测。

2.优化矩阵运算。

BigMatrix m1,m2,m3,m4,m5;
BigMatrix result = m1*m2*m3*m4*m5;

正常的函数调用计算result，会创建4个临时性矩阵，每一个用来存储operator*的调用结果。各自独立的乘法产生了4个作用于矩阵元素上的循环。如果使用tmp相关的template技术，即所谓的expression templates，就有可能消除那些临时对象并合并循环，这一切都是无需改变客户端的做法。tmp使用较少的内存，执行速度又有显著的提升。

3.可以生成客户定制的设计模式实现品。设计模式都可以多种方式实现出来。运用所谓policy-based design之tmp-based技术，有可能产生一些templates用来表述独立的设计选项（policies），然后任意结合它们，导致模式实现品带着客户定制的行为。这项技术已经超越编程公益领域，更广义地成为generative programming（殖生式编程）的一个基础。

tmp或许永远不会成为主流，但对某些程序员——特别是程序库开发人员——几乎确定会成为他们的主要粮食。