编程语言中的元函数和元类是什么意思？

Question

我在编译时 c++ 计算过程中多次遇到这些术语。我已经在网上搜索了我无法理解的“专家级别”的资源。请帮助理解这些术语吗？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编译时计算的方式——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，元函数是一个具有constexpr 成员（用于元函数返回值）或typedefs（用于元函数返回类型）的类模板。 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（和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，则计算为布尔值 true，否则计算为 false。

另一个例子，来自type_traits 是std::is_floating_point，它检查一个类型是否为浮点类型。它可以称为

is_floating_point<int>::value

标准库（大部分）的约定是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。

类型返回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，可以通过

获得值类型（即解引用迭代器返回的类型）

iterator_traits<Iter>::value_type

和迭代器类别（例如，ForwardIterator、RandomAccessIterator 等）与

iterator_traits<Iter>::iterator_category

编译时计算的一个例子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

元类

元类是对 C++ 的提议补充，允许在代码中表达对（某种）类的约束，而不仅仅是使用约定和文档。

例如，“接口”通常用于描述具有

的类

1. 仅纯虚拟公共函数
2. 虚拟析构函数

使用元类interface，可以编写

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

然后编译器将其实例化为类

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

可以在fluentc++ 博客文章中找到元类提案的一个很好的摘要。综合来源Herb Sutter's blog post