前言
模板在c++一直是比较神秘的存在。 stl 和 boost 中都有大量运用模板，但是对于普通的程序员来说，模板仅限于使用。在一般的编程中，很少会有需要自己定义模板的情况。但是作为一个有理想的程序员，模板是一个绕不过去的坎。由于c++标准的不断改进，模板的能力越来越强，使用范围也越来越广。
在c++11中，模板增加了 constexpr ，可变模板参数，回返类型后置的函数声明扩展了模板的能力；增加了外部模板加快了模板的编译速度；模板参数的缺省值，角括号和模板别名使模板的定义和使用变得更加的简洁。
c++14中，放宽了 constexpr 的限制，增加了变量模板。
c++17中，简化模板的构造函数，使模板更加易用；folding使得模板在定义中更加方便。
c++20是一个大版本更新，对于模板来说，也有很大的进步。对于个人来说，最喜欢的应该就是 concept 了，它让模板可以判断模板参数是不是符合要求，同时也对模板的特化提供了更进一部的支持（以后再也不用看着模板成吨的报错流泪了。）；同时它还要求大部分的stl库都支持 constexpr ，使得很多类可以在编译期直接使用（以后模板元编程就不是单纯的函数式语言了吧，感觉以后c++的编程会变得非常奇怪）。
而随着模板一步步的完善，大佬们发现模板的功能居然已经实现了图灵完备，于是各种骚操作层出不穷，比如俄罗斯方块super template tetris 。
作为一个小老弟，当然是还没有能力写出一个可以媲美俄罗斯方块的程序，不过写一些简单的排序还是可以的。
这里我分享的是一个选择排序算法。为什么选择选择排序呢？因为它排序的时候，他对于元素的位置改变是比较少的。个人感觉函数元编程最复杂的就是对元素进行修改位置了吧。
代码详解
数据的结构
template<int ...data> struct mvector; template<int first, int ...data> struct mvector<first, data...> { static constexpr int size = sizeof...(data) + 1; static constexpr int value = first; typedef mvector<data...> next_type; constexpr static std::array<int, sizeof...(data) + 1> array = {first, data...}; }; template<int first> struct mvector<first> { static constexpr int size = 1; static constexpr int value = first; typedef mvector<> next_type; constexpr static int array[] = {first}; }; template<> struct mvector<> { static constexpr int size = 0; static constexpr int value = -1; typedef mvector<> next_type; constexpr static int array[] = {}; };
这里我们定义了一个 mvcetor 模板，他的作用就是用来保存数据的。模板的原型是
template<int ...data> struct mvector;
他可以输入任意数量的整数（模板参数可以看作是输入）。
根据后面的特化，模板一共有四个属性或类型（这些可以看作是模板的输出），分别是 size ， value （第一个元素的值，方便后面的迭代）， next_type （除去头的尾部，方便迭代）， array （ mvector 的数组表现形式）。
数据的操作
分割向量
// 分割向量 template<int index, typename t, typename s> struct splitvector; template<int index, int ...leftdata, int ...rightdata> struct splitvector<index, mvector<leftdata...>, mvector<rightdata...>> { typedef splitvector<index - 1, mvector<leftdata..., mvector<rightdata...>::value>, typename mvector<rightdata...>::next_type> next_split; typedef typename next_split::leftvector leftvector; typedef typename next_split::rightvector rightvector; }; template<int ...leftdata, int ...rightdata> struct splitvector<0, mvector<leftdata...>, mvector<rightdata...>> { typedef mvector<leftdata...> leftvector; typedef typename mvector<rightdata...>::next_type rightvector; };
这个模板的主要目的是将向量从某一部分分离出来（取最大值）。
模板的输入有三个： index （要分离的元素的位置在 rightdata 的位置）， leftdata （分离的左边）， rightdata （分离的右边）。
输出有 leftvector （出来的左边）， rightvector （出来的右边）。
合并向量
// 合并向量 template<typename t, typename s> struct mergevector; template<int ...dataa, int ...datab> struct mergevector<mvector<dataa...>, mvector<datab...>> { typedef mvector<dataa..., datab...> result_type; };
将两个向量合并，主要是用在分割后的向量。
寻找最大值
template<int now_index, typename u, typename v> struct findmax; template<int now_index, int ...looped, int ...unlooped> struct findmax<now_index, mvector<looped...>, mvector<unlooped...>> { typedef findmax<now_index + 1, mvector<looped..., mvector<unlooped...>::value>, typename mvector<unlooped...>::next_type> next_max; constexpr static int max = mvector<unlooped...>::value > next_max::max ? mvector<unlooped...>::value : next_max::max; constexpr static int max_index = mvector<unlooped...>::value > next_max::max ? now_index : next_max::max_index; }; template<int now_index, int ...looped> struct findmax<now_index, mvector<looped...>, mvector<>> { typedef findmax<now_index, mvector<looped...>, mvector<>> next_max; constexpr static int max = -1; constexpr static int max_index = now_index; };
寻找向量中的最大值。输入有 now_index ， looped （已经比较的部分）， unlooped （未比较的部分）。其中 now_index 是多余的，可以使用 sizeof…(looped) 来代替。
输出是 max （最大值）， max_index （最大值的位置，方便后面的分割）
排序
对数据操作完成了，这个程序也就完成了一大半了，排序也是非常的简单，从未排序的列表中，选择最大的值，放到已经排序好的列表的前面就好了。
// 排序 template<typename t, typename s> struct selectsortwork; template<int ...unsorted, int ...sorted> struct selectsortwork<mvector<unsorted...>, mvector<sorted...>> { typedef findmax<0, mvector<>, mvector<unsorted...>> max_find_type; constexpr static int max = max_find_type::max; constexpr static int max_index = max_find_type::max_index; typedef splitvector<max_index, mvector<>, mvector<unsorted...>> split_type; typedef selectsortwork<typename mergevector<typename split_type::leftvector, typename split_type::rightvector>::result_type, mvector<max, sorted...>> next_select_sort_work_type; typedef typename next_select_sort_work_type::sorted_type sorted_type; }; template<int ...sorted> struct selectsortwork<mvector<>, mvector<sorted...>> { typedef mvector<sorted...> sorted_type; };
总结
代码我放在了github的gist上， 。
总的来说，代码还是非常的简单的，只要合理的进行分解，大部分的算法应该都是可以实现的。
在编程的过程中，我也有一些自己的领悟，对于模板元编程的几点小tips，在这里给大家介绍一下吧。
- 如果熟悉函数式编程的话，再来学习模板元编程，对于其中的理解会更加的深刻，所以最好在开始准备学习之前，先学习一下函数式编程会比较好（虽然这个过程会非常的痛苦）。
- 类模板可以看作是一个函数，有输入输出。输入是模板的参数，输出是模板里面的类型或者变量，这些输出也可以作为函数计算的中间变量，方便编码。
- 模板元编程，一定要有耐心，特别是debug，会特别的难受
到此这篇关于c++模板元编程实现选择排序的文章就介绍到这了,更多相关c++ 选择排序内容请搜索<计算机技术网(www.ctvol.com)!!>以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持<计算机技术网(www.ctvol.com)!!>！
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