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C++模板元模板（异类词典与policy模板）- - - 题目答案

目录

一、书中第一题

二、书中第三题

三、书中第五题

四、书中第六题

五、书中第七题

六、书中十一题

七、书中十二题

八、 书中十三题

总结

一、书中第一题

#include <iostream>

template <typename T, size_t N>
struct NSVarTypeDict {
    static void Create_() {
        CreateHelper<N, T>();
    }

private:
    template <size_t M, typename U>
    struct CreateHelper {
        static void Apply() {
            // 构造元素的逻辑
            std::cout << "Constructing element at index " << M << std::endl;
            CreateHelper<M - 1, U>::Apply();
            CreateHelper<M - 1, U>::Apply();
        }
    };

    template <typename U>
    struct CreateHelper<0, U> {
        static void Apply() {
            // 基础情况：当索引为0时停止递归
        }
    };
};

int main() {
    NSVarTypeDict<int, 8>::Create_();
    return 0;
}

二、书中第三题

#include <iostream>
#include <type_traits>

template <size_t N, size_t M, typename T1, typename T2>
struct NSVarTypeDict {
    using NewTupleType_ = std::conditional_t<N == M, T1, T2>;
};

int main() {
    struct Type1 {
        int value;
    };

    struct Type2 {
        double value;
    };

    typename NSVarTypeDict<3, 4, Type1, Type2>::NewTupleType_ var1;  // 选择Type2
    typename NSVarTypeDict<5, 5, Type1, Type2>::NewTupleType_ var2;  // 选择Type1

    return 0;
}
  • 代码结构更清晰：通过使用std::conditional_t将特化1和特化2合并成一个表达式，避免了重复的代码逻辑和声明。
  • 可维护性提高：合并后的代码更加简洁，易于阅读和理解。

在使用std::conditional_t进行合并后，简化的代码更易于理解和维护，并且避免了重复代码的问题，因此整体上更具优势。

三、书中第五题

#include <iostream>

class VarTypeDict {
public:
    template<typename T>
    void Set(T&& value) && {
        // 只能用于右值的Set函数实现
        std::cout << "Setting value for rvalue: " << value << std::endl;
    }

    template<typename T>
    void Set(T& value) & {
        // 能用于左值的Set函数实现
        std::cout << "Setting value for lvalue: " << value << std::endl;
    }
};

int main() {
    VarTypeDict::Values values;

    int x = 10;
    values.Set(x);  // 调用能用于左值的Set函数
    values.Set(20); // 调用只能用于右值的Set函数

    return 0;
}

优势和劣势：

优势：

  • 能用于左值的函数可以接受左值类型的参数，提供更灵活的使用方式。
  • 通过重载的方式，程序可以根据传入值的类型来选择合适的函数重载，提高了程序的通用性和适用性。

劣势：

  • 在某些情况下，程序员需要知道传入的值是左值还是右值，否则会导致调用不符合预期的函数。

总体上，能用于左值的函数相比只能用于右值的函数更加灵活，可以接受更多种类的参数，但需要谨慎使用以避免潜在的问题。

四、书中第六题

将构造函数的访问权限从public修改为private或protected是一种有效的封装手段，可以限制其它类对构造函数的直接访问，从而更好地控制类的实例化。

理由：

  1. 控制类的实例化：通过将构造函数的访问权限设为private或protected，可以防止该类被直接实例化，从而强制使用特定的接口或方法来获取该类的实例。
  2. 封装实现细节：将构造函数的访问权限限制在类内部，有助于隐藏实现细节，提高类的封装性和安全性。
  3. 限制子类的实例化：将构造函数的访问权限设为protected可以使子类能够调用构造函数，但限制外部代码直接实例化子类。

接下来，让我们尝试将Values的构造函数访问权限从public修改为private，然后编译检查是否符合预期。

class VarTypeDict {
public:
    class Values {
    private: // 修改构造函数的访问权限为private
        Values() {}
        friend class VarTypeDict; // 允许VarTypeDict类访问构造函数
    public:
        template<typename T>
        void Set(T&& value) && {
            std::cout << "Setting value for rvalue: " << value << std::endl;
        }
        template<typename T>
        void Set(T& value) & {
            std::cout << "Setting value for lvalue: " << value << std::endl;
        }
    };
};

根据上述代码修改，我们将Values的构造函数的访问权限修改为private，并使用friend关键字允许VarTypeDict类访问构造函数。

在实际编译时，会发现尝试在外部进行Values类的实例化会导致编译错误，而在VarTypeDict类中可以正常调用构造函数来创建Values的实例，符合我们的预期。

这种修改符合我们的预期，成功限制了外部代码对Values类的直接实例化，增强了类的封装性和安全性。

五、书中第七题

#include <iostream>
#include <tuple>

class VarTypeDict {
public:
    class Values {
    private:
        std::tuple<int, double, std::string> data; // 使用std::tuple替换指针数组
    public:
        template<typename T>
        void Set(T&& value) && {
            std::get<T>(data) = value;  // 使用std::get获取元素
        }
        template<typename T>
        T Get() {
            return std::get<T>(data);  // 使用std::get获取元素
        }
    };
};

示例中，使用std::tuple替换了指针数组，这样就不需要显式进行内存分配和释放。通过std::get函数，我们可以在不了解具体元素类型的情况下，访问和操作特定类型的元素。

新版本的复杂度分析：

  1. 时间复杂度：使用std::tuple并不会增加操作的时间复杂度，因为std::tuple内部通常是通过继承和模板特化来实现的，因此元素访问的操作也是常数时间复杂度。
  2. 空间复杂度：使用std::tuple可能会略微增加一些内存消耗，因为std::tuple通常会引入一些辅助结构来实现元素访问的功能。

总体而言，通过使用std::tuple替换指针数组，新版本的VarTypeDict复杂度并未明显增加，并且更加安全和易用，因为不再需要显式操作内存分配与释放，同时使用std::tuple提供了更好的类型安全性和代码可读性。

六、书中十一题

#include <iostream>

// 定义策略类模板
template <typename T>
class Policy {
public:
    void DoSomething() {
        std::cout << "Doing something with type " << typeid(T).name() << std::endl;
    }
};

// 定义宏来简化策略对象的定义
#define POLICY_POLICY(PolicyType, ValueType) Policy<PolicyType<ValueType>>

int main() {
    // 构造模板策略对象
    POLICY_POLICY(std::vector, int) policyObject;

    // 使用策略对象
    policyObject.DoSomething();

    return 0;
}

七、书中十二题

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <utility>

class NamedParameters {
public:
    class Values {
    private:
        int value;
    public:
        Values(int val) : value(val) {}

        template<typename T>
        T Get() const {
            return T(value); // 复制构造返回值
        }

        template<typename T>
        typename std::remove_const<T>::type&& Get() && {
            return std::move(value); // 返回右值引用，使用移动语义
        }
    };
};

int main() {
    NamedParameters::Values values(123);

    // 使用左值引用调用Get函数
    int copyValue = values.Get<int>();
    std::cout << "Copy Value: " << copyValue << std::endl;

    // 使用右值引用调用Get函数
    int&& moveValue = std::move(values).Get<int>();
    std::cout << "Move Value: " << moveValue << std::endl;

    return 0;
}

示例中，我们在NamedParameters::Values类中引入了一个新的Get函数模板，并使用std::remove_const来移除返回类型的const限定符。在Get函数的右值引用版本中，我们使用std::move对底层数据对象进行移动，通过移动语义返回右值引用。这样，对于右值引用的情况，我们可以通过移动来返回底层数据对象，减少了额外的复制成本。

在主函数中，我们首先使用左值引用调用Get函数，对底层数据对象进行复制。然后，我们使用std::move将values对象转换为右值引用，并调用Get函数获取右值引用的底层数据对象。通过输出的结果，我们可以看到使用移动语义获取的值。

通过引入移动语义的Get函数，我们可以根据NamedParameters::Values对象的左值或右值特性，使用不同的方式返回底层数据对象，从而减少复制带来的额外消耗。

八、 书中十三题

#include <iostream
#include <type_traits>

// 定义异类词典模板
template<typename... Ts>
struct VarTypeDict {};

// 添加元素的元函数 AddItem
template <typename Dict, typename NewItem>
struct AddItem;

// 特化：向空的异类词典添加元素
template <typename NewItem>
struct AddItem<VarTypeDict<>, NewItem> {
    using type = VarTypeDict<NewItem>;
};

// 特化：向非空的异类词典添加元素
template <typename Head, typename... Tail, typename NewItem>
struct AddItem<VarTypeDict<Head, Tail...>, NewItem> {
    using type = typename std::conditional<std::is_same<Head, NewItem>::value, 
                        VarTypeDict<Head, Tail...>, 
                        typename AddItem<VarTypeDict<Tail...>, NewItem>::type>::type;
};

// 删除元素的元函数 DelItem
template <typename Dict, typename ItemToDelete>
struct DelItem;

// 特化：从空的异类词典删除元素，报错
template <typename ItemToDelete>
struct DelItem<VarTypeDict<>, ItemToDelete> {
    static_assert(sizeof(ItemToDelete) == 0, "Item does not exist in VarTypeDict");
};

// 特化：从包含元素的异类词典删除元素
template <typename Head, typename... Tail, typename ItemToDelete>
struct DelItem<VarTypeDict<Head, Tail...>, ItemToDelete> {
    using type = typename std::conditional<std::is_same<Head, ItemToDelete>::value, 
                        VarTypeDict<Tail...>, 
                        typename AddItem<typename DelItem<VarTypeDict<Tail...>, ItemToDelete>::type, Head>::type>::type;
};

int main() {
    // 使用示例：添加元素
    using MyDict = VarTypeDict<struct A, struct B>;
    using DictWithMoreItems = typename AddItem<MyDict, struct C>::type;
    using DictWithLessItems = typename DelItem<MyDict, A>::type;

    // 使用示例：删除不存在的元素，会报错
    // using DictWithInvalidDel = typename DelItem<MyDict, C>::type;  // 会产生编译时错误

    std::cout << typeid(DictWithMoreItems).name() << std::endl;  // 输出 VarTypeDict<A, B, C>
    std::cout << typeid(DictWithLessItems).name() << std::endl;  // 输出 VarTypeDict<B>

    return 0;
}

示例中，我们定义了AddItem和DelItem两个元函数来实现添加和删除元素。通过模板特化和递归调用，我们可以实现对异类词典的元素操作。在DelItem的特化中，我们使用静态断言来检测是否要删除的元素存在于异类词典中，以便在编译时发现错误。

在主函数中，我们使用示例展示了AddItem与DelItem元函数的使用方式，并输出了修改后的异类词典类型。同时，我们还展示了尝试删除不存在的元素时会触发编译时错误的情况。

通过这种方式，我们可以在编译期间操作异类词典的元素，动态地修改异类词典的类型。

总结

下一章开始学习深度学习简介！！！

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