编程语言中的元函数和元类是什么意思？

Question

我在编译时 c++ 计算期间多次遇到这些术语。我在网上搜索过，我发现的资源中 "expert level" 东西我无法理解。请帮助理解这些条款？我正在寻找初学者级别的好解释。非常感谢您的帮助！普雷

Answer 1

元函数

C++ 中的元函数是一种使用模板元编程表达 compile-time 计算的方法——使用模板实例化和类型推导在编译时生成结果。

从根本上说，元函数是一个 class 模板，具有 constexpr 成员（对于返回值的元函数）或类型定义（对于返回类型的元函数）。该技术可以通过元函数 is_same 来说明，它检查两个类型参数是否相同。一个可能的实现（来自cppreference.com）是

template<class T, class U>
struct is_same : std::false_type {};

template<class T>
struct is_same<T, T> : std::true_type {};

其中 std::true_type 是一个辅助元函数，它有一个成员 constexpr bool value = true（false 代表 false_type）。

通过实例化模板并读取包含结果的成员来调用元函数，例如表达式

is_same<int,int32_t>::value

如果 int 是 32 位，则计算结果为布尔值 true，否则为 false。

来自 type_traits 的另一个示例是 std::is_floating_point，它检查类型是否为浮点类型。它可以被称为

is_floating_point<int>::value

标准库（大部分）约定元函数返回值具有成员 value，元函数返回类型具有类型别名 type.

type-returning 元函数的一个示例是 std::iterator_traits，它用于获取有关迭代器的信息。例如，给定一个迭代器类型 Iter，可以使用

获取值类型（即通过取消引用迭代器返回的类型）

iterator_traits<Iter>::value_type

和迭代器类别（e.i、ForwardIterator、RandomAccessIterator等）和

iterator_traits<Iter>::iterator_category

compile-time 计算的一个示例是计算阶乘的元函数：

template <unsigned int N>
struct Fac{
    static constexpr unsigned int value = N * Fac<N-1>::value; 
};

template <>
struct Fac<0>{
    static constexpr unsigned int value = 1;
};

同样，这个元函数被称为 Fac<5>::value

元classes

Metaclasses 是对 C++ 的提议添加，以允许在代码中表达对（某种）class 的约束，而不仅仅是使用约定和文档。

例如，"interface" 通常用于描述具有

的 class

只有纯虚public函数
一个虚拟析构函数

有了 metaclass interface，可以这样写

interface Example {
    void Foo();
    int  Bar(int);
}

然后将由编译器实例化为 class

 class Example {
 public:
     virtual void Foo() =0;
     virtual int Bar(int) =0;
     virtual ~Foo() =default;
 }

可以在 fluentc++ blog post. A comprehensive source is Herb Sutter's blog post

中找到元class 提案的一个很好的总结

编程语言中的元函数和元类是什么意思？

What is mean by Metafunctions & Metaclasses in Programming Languages?

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