C++ Template of template


template 在 C++ 裡面,算是一個很重要、也很實用的概念。它可以用同樣的程式、來處理不同類型的資料,大幅簡化程式碼的重複性。

而這一篇,算是來簡單紀錄一下,所謂的「template of template」的玩法吧~主要的參考資料,是《Templates of templates》這篇文章。也請注意,這篇只是 Heresy 自己簡單的紀錄,寫得不算很嚴謹。

首先,一般的 template 寫法,可能會像是下面這樣:

template<typename DType>
class CData
{
public:
    std::vector<DType>    mContent;
};

在上面的類別 CData 裡,是用一個 std::vector 來儲存資料,而裡面的型別則是 DType;使用的時候,基本上會是:

CData<int> x;


但是,如果希望可以讓使用者決定要用哪種 STL 容器(container)時該怎麼辦呢?比較直覺的方法,就是寫成:

template<typename DType, typename TContainer >
class CData
{
public:
    TContainer<DType>    mContent;
};

然後在要使用的時候,寫成:

CData<int,std::vector> x;

也就是把 std::vector 的部分,也用 template 的方法來寫。但是很遺憾,這樣的語法是有問題的。


而比較簡單的修改,應該是改成:

template<typename TContainer >
class CData
{
public:
    TContainer    mContent;
};

這樣寫的話,使用時則是會像下面這樣:

CData< std::vector<int> > x;

但是這樣的缺點,就是把資料型別和容器的型別綁在一起了,其實有的時候可能不是那麼地實用。


而如果要把資料型別和容器的類別切割開的話,則可以寫成:

template<    typename DType,
            template<typename T> class TContainer >
class CData
{
public:
    TContainer<DType>    mContent;
};

在這邊,就是很明確地告訴編譯器,TContainer 是一個 template 的類別,而他有一個 template 的參數。這樣一來,就可以任意地套用符合形式的容器了~

不過,如果是要使用 STL 的 vector 的話,由於他實際上有兩個 template 參數(參考),所以直接拿來用會因為 template 參數不相同、而有編譯階段的錯誤;如果要用的話,則是需要再封包一次才行,封包方法大致上可以寫成:

template<typename T>
class CVector : public std::vector<T>
{};

實際使用時是:

CData<int, CVector> x;

而對於其他 STL 的容器、或是自己定義的資料類別,基本上也都是可以用類似的方法來操作的。


為什麼會跑來看這個?其實 Heresy 主要是把這個用在 callable object 上,也就是想用 template 來展開函式。簡單講,就是想下類似下面架構的程式:

#include <iostream>

template<template<typename T> class TFunc>
void FuncTemp(int iMode)
{
    if (iMode == 0 )
    {
        TFunc<int>()();
    }
    else if ( iMode == 1 )
    {
        TFunc<float>()();
    }
}

template<typename T>
class CFunc1
{
public:
    void operator()(){
    }
};

template<typename T>
class CFunc2
{
public:
    void operator()(){
    }
};

int main()
{
    FuncTemp<CFunc1>(1);
    FuncTemp<CFunc2>(0);
}

本來 CFunc1CFunc2 都不是想寫成 class、而是想寫成 template function,但是那樣寫是不合法的,所以只能寫成類別。而後來也因為這樣寫太繁瑣了,還是放棄了…

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對「C++ Template of template」的想法

  1. 我懷疑 TContainer 不太適合作 template template parameter 。

    如果將 TContainer 改作 variadic template ,又無法自動取得 vector 的預設 allocator 。再者,人手把 vector 包裝成 CVector 太繁瑣,還不如直接傳入 vector 。更何況,STL 的 container adaptor(例如 queue 和 stack)都不用 template template parameter。

    《Templates of templates》文中刻意避開個別容器的模板參數的數量,也許該文作者其實也注意到這弱點。

    FuncTemp 的例子,這樣寫更簡單、更通用:

    template <class NullaryOp0, class NullaryOp1>
    void functionSelect(int select, NullaryOp0 op0, NullaryOp1 op1)
    {
        if (select == 0)
            op0();
        else if (select == 1)
            op1();
    }
    
    template <class T>
    void cFunc1() {}
    
    functionSelect(1, cFunc1<int>, cFunc1<float>);
    

    甚至:

    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    template <class... NoOp>
    void functionSelect(int select, NoOp...) {cout << "nothing" << endl;}
    
    template <class NullaryOp, class... OtherNullaryOps>
    void functionSelect(int select, NullaryOp op, OtherNullaryOps... others)
    {
        if (select == 0)
            op();
        else
            functionSelect(select-1, others...);
    }
    
    template <class T>
    void cFunc1() {cout << static_cast<T>(1) << endl;}
    
    template <class T>
    void cFunc2() {cout << static_cast<T>(2) << endl;}
    
    int main()
    {
        for (int i = 0 ; i < 10 ; ++i)
            functionSelect(i, cFunc1<int>, cFunc1<float>, cFunc2<int>, cFunc2<float>);
        return 0;
    }
    

    • 是的,實際上 Heresy 完全同意 TContainer 不適合用來接 STL 的 container,而作者感覺上也刻意沒提這件事…Heresy 一開始也沒想到,也是實際測試才發現的。

      另外,您所提供的 functionSelect 其實不見得比較方便,因為這樣必須在每次使用時,窮舉出所有需要的型別;如果型別多、且可能會被呼叫數次多的時候,這樣寫反而麻煩。

      當然啦~這也取決於實際上的應用的需求。

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