Симуляция частичной специализации [Павел Кузнецов] (fb2) читать постранично
[Настройки текста] [Cбросить фильтры]
Павел Кузнецов Симуляция частичной специализации
Введение
Время от времени при работе с шаблонами возникает необходимость специализировать шаблон класса по одному из аргументов. В качестве примера можно рассмотреть шаблон классов матриц, параметризованный типом элемента и размерами матрицы. template‹class T, int Rows, int Columns› class Matrix { //… }; Предположим, в процессе разработки выяснилось, что производительность программы неудовлетворительна, и узким местом является функция умножения матриц с элементами типа float, и что эту проблему можно решить путем использования intrinsic-функций процессора. При наличии соответствующей поддержки компилятора это легко можно сделать при помощи так называемой частичной специализации шаблонов классов: template‹int Rows, int Columns› class Matrix‹float, Rows, Columns› { //… }; Однако некоторые компиляторы не поддерживают частичную специализацию, и, как следствие, «не понимают» подобные конструкции. Желание получить эквивалентную функциональность при работе с такими компиляторами приводит к технике, описанной ниже.Техника симуляции
Естественным первым шагом будет вынести различающуюся функциональность Matrix‹› в два базовых класса: Matrix_‹›, реализующий общий случай, и Matrix_float_‹› для специфики Matrix‹float,…›. template‹class T, int Rows, int Columns› class Matrix_ { //… };template‹int Rows, int Columns› class Matrix_float_ { //… }; Таким образом, проблема сведется к тому, чтобы класс Matrix‹T, Rows, Columns› наследовался от Matrix_‹T, Rows, Columns› или Matrix_float_‹Rows, Columns›, в зависимости от того, является ли параметр T шаблона Matrix‹› типом float. Решение этой задачи и является главным «фокусом» данной техники. Несмотря на отсутствие поддержки частичной специализации, компилятор позволяет специализировать шаблоны полностью. Этот факт можно использовать для построения вложенных шаблонов с полной специализацией и выбором подходящего базового класса на соответствующем уровне вложенности. template‹class T› struct MatrixTraits { template‹int Rows, int Columns› struct Dimensions { typedef Matrix_‹T, Rows, Columns› Base; }; };
template‹› struct MatrixTraits‹float› { template‹int Rows, int Columns› struct Dimensions { typedef Matrix_float_‹Rows, Columns› Base; }; }; Теперь осталось просто унаследовать Matrix‹› от соответствующего класса MatrixTraits‹›::…::Base. template‹class T, int Rows, int Columns› class Matrix: public MatrixTraits‹T›::template Dimensions‹Rows, Columns›::Base { //… }; ПРИМЕЧАНИЕ Согласно текущей версии стандарта, использование ключевого слова template при квалификации вложенного шаблона Dimensions в данном случае обязательно, хотя некоторые компиляторы и позволяют его опускать.
Использование
Метапрограммирование и метафункции
Прежде чем перейти к изложению дальнейшего материала, полезно ввести понятия метапрограммирования и метафункции. Если внимательнее посмотреть на то, что происходит, когда компилятор встречает пример, подобный наследованию класса Matrix от MatrixTraits‹T›::…::Base, можно заметить, что фактически это является программированием компилятора. То есть, в данном случае компилятор как бы получает инструкцию: «если тип шаблона является типом float, то считать базовым классом Matrix_float_‹›, в противном случае – Matrix_‹›. Это можно рассматривать как программирование вычислений времени компиляции. Подобные техники иногда называют метапрограммированием шаблонами или просто метапрограммированием, а шаблоны, подобные MatrixTraits, – метафункциями.Частичная специализация по виду аргумента шаблона
Одним из аспектов частичной специализации является возможность специализировать шаблон по виду аргумента, например, предоставить общую для всех указателей специализацию шаблона: template‹class T› class С { //… };template‹class T› class С‹T*› { //… }; Применительно к описанной технике, проблему можно свести к задаче создания метафункции, определяющей, является ли данный тип указателем: template‹class T› struct IsPointer { static const bool value =…; }; где IsPointer‹T›::value принимает значения true или false в зависимости от того, является ли тип T указателем. ПРИМЕЧАНИЕ Так как некоторые компиляторы не поддерживают должным образом определение статических констант времени компиляции в теле класса, эта метафункция может быть переписана эквивалентным образом с использованием enum.
Метафункция IsPointer‹T›
Задачу построения подобной метафункции решили в 2000 году сотрудники Adobe Systems Incorporated Мэт Маркус и Джесс Джонс. Суть решения сводится к использованию выражения вызова перегруженных функций внутри sizeof(): // Типы TrueType и FalseType могут быть определены произвольным образом, // главное чтобы выполнялось условие: sizeof(TrueType)!= sizeof(FalseType). struct TrueType {char dummy_ [1];}; struct FalseType {char dummy_ [100];};// Промежуточный
Последние комментарии
1 день 11 часов назад
1 день 15 часов назад
1 день 17 часов назад
1 день 18 часов назад
1 день 19 часов назад
1 день 20 часов назад