摘要

本文简述了模板元编程技术的起源、概念和机制， 并介绍了模板元编程技术在Blitz++和Loki程序库中的应用。

关键字

编译期计算 模板元编程 Blitz++ Loki

导言

1994年，C++标准委员会在圣迭哥举行的一次会议期间Erwin Unruh展示了一段可以产生质数的代码。这段代码的特别之处在于质数产生于编译期而非运行期，在编译器产生的一系列错误信息中间夹杂着从2到某个设定值之间的所有质数：

// Prime number computation by Erwin Unruh
template <int i> struct D { D(void*); operator int(); };

template <int p, int i> struct is_prime {
enum { prim = (p%i) && is_prime<(i > 2 ? p : 0), i -1> :: prim };
};

template < int i > struct Prime_print {
Prime_print<i-1> a;
enum { prim = is_prime<i, i-1>::prim };
void f() { D<i> d = prim; }
};

struct is_prime<0,0> { enum {prim=1}; };
struct is_prime<0,1> { enum {prim=1}; };
struct Prime_print<2> { enum {prim = 1}; void f() { D<2> d = prim; } };
#ifndef LAST
#define LAST 10
#endif
main () {
Prime_print<LAST> a;
}

类模板D只有一个参数为void*的构造器，而只有0才能被合法转换为void*。1994年，Erwin Unruh采用Metaware 编译器编译出错信息如下（以及其它一些信息，简短起见，它们被删除了）：

| Type `enum{}´ can´t be converted to txpe `D<2>´ ("primes.cpp",L2/C25).
| Type `enum{}´ can´t be converted to txpe `D<3>´ ("primes.cpp",L2/C25).
| Type `enum{}´ can´t be converted to txpe `D<5>´ ("primes.cpp",L2/C25).
| Type `enum{}´ can´t be converted to txpe `D<7>´ ("primes.cpp",L2/C25).

如今，上面的代码已经不再是合法的C++程序了。以下是Erwin Unruh亲手给出的修订版，可以在今天符合标准的C++编译器上进行编译：

// Prime number computation by Erwin Unruh

template <int i> struct D { D(void*); operator int(); };

template <int p, int i> struct is_prime {
enum { prim = (p==2) || (p%i) && is_prime<(i>2?p:0), i-1> :: prim };
};

template <int i> struct Prime_print {
Prime_print<i-1> a;
enum { prim = is_prime<i, i-1>::prim };
void f() { D<i> d = prim ? 1 : 0; a.f();}
};

template<> struct is_prime<0,0> { enum {prim=1}; };
template<> struct is_prime<0,1> { enum {prim=1}; };

template<> struct Prime_print<1> {
enum {prim=0};
void f() { D<1> d = prim ? 1 : 0; };
};

#ifndef LAST
#define LAST 18
#endif

main() {
Prime_print<LAST> a;
a.f();
}

在GNU C++ (MinGW Special) 3.2中编译这段程序时，编译器将会给出如下出错信息（以及其它一些信息，简短起见，它们被删除了）：

Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 17]''
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 13]''
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 11]''
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 7]''
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D<i>::D(void*) [with int i = 5]''
Unruh.cpp:12: initializing argument 1 of `D&l