Trivially: 一个轻松的C++标准库元编程库

发布时间：2023-05-20

如果你熟悉C语言，并且对模板元编程有所了解，那么你一定知道使用C标准库进行元编程的难度和繁琐程度。例如，使用std::tuple进行类型组合，使用std::conditional进行类型选择等，这些都需要繁琐的模板代码。幸运的是，现在有了一个轻松的选择，那就是Trivially：一个C标准库元编程库。它的简洁性和易用性让您可以轻松和快捷地完成C元编程任务。

一、简单易用的类型操作

C++标准库中的元编程工具类使用起来可能非常麻烦。因此，Trivially提供了一组非常简单易用的类型操作。比如说，我们经常需要获得某个变量的类型，这可以通过以下方式完成：

#include "trivially/typename.hpp"
#include <iostream>
int main() {
  std::cout << trivially::type_name<int>() << '\n'; // 输出int
  return 0;
}

同样地，如果您想查询某种类型是否为整数类型，可以使用以下代码：

#include <type_traits>
#include "trivially/type_traits.hpp"
#include <iostream>
int main() {
  std::cout << std::boolalpha << trivially::is_integral_v<int> << '\n'; // 输出true
  std::cout << std::boolalpha << trivially::is_integral_v<float> << '\n'; // 输出false
  return 0;
}

二、模板类型简化

在C中，重载函数是一种通用的技术，可以允许我们为相同的函数名称提供不同的实现。Trivially提供了一个方便的模板库，可以使我们的重载函数更简洁和易于处理。例如，许多C用户使用std::vector容器作为内存分配器。在许多情况下，不同的std::vector容器实现可能无法相互替换。使用Trivially，您可以将重载函数中的这些实现组合到一个统一的模板库中。以下是一个简单的示例，展示了如何使用Trivially将std::vector和std::deque容器作为内存分配器：

#include "trivially/template_overload.hpp"
template <typename Allocator>
struct my_vector {
  using alloc_traits = std::allocator_traits<Allocator>;
  my_vector() : ptr_(alloc_traits::allocate(alloc_, 16)) {}
  ~my_vector() { alloc_traits::deallocate(alloc_, ptr_, 16); }
  // 中间省略
 private:
  Allocator alloc_;
  int* const ptr_;
};
template <typename Allocator>
struct my_deque {
  using alloc_traits = std::allocator_traits<Allocator>;
  my_deque() : ptr_(alloc_traits::allocate(alloc_, 16)) {}
  ~my_deque() { alloc_traits::deallocate(alloc_, ptr_, 16); }
  // 中间省略
 private:
  Allocator alloc_;
  int* const ptr_;
};
using allocator_t = trivially::template_overload<std::allocator<int>, my_vector, my_deque>;
int main() {
  allocator_t alloc;
  int* ptr = alloc.allocate(10);
  alloc.deallocate(ptr, 10);
  return 0;
}

三、轻量级元编程工具

Trivially还提供了一些方便和易用的轻量级元编程工具。例如，我们可以使用宏定义来定义一个函数的参数类型，如下所示：

#include "trivially/function_traits.hpp"
#include <iostream>
#include <vector>
int add(int a, int b) { return a + b; }
int main() {
  std::cout << trivially::function_arg_t<add, 0>::type{} << '\n'; // 输出int
  return 0;
}

这个宏定义可以让我们知道add的第一个参数是int类型。这对于处理模板函数和重载函数非常有用。 Trivially还提供了一些方便的类模板，可以执行一些常见的元编程操作。例如，如果我们需要合并两个整数序列，可以使用以下代码：

#include "trivially/integer_sequence.hpp"
#include <iostream>
int main() {
  using seq1 = trivially::integer_sequence<int, 1, 2, 3>;
  using seq2 = trivially::integer_sequence<int, 4, 5, 6>;
  using res_type = trivially::integer_sequence_cat_t<seq1, seq2>;
  res_type seq3{};  // seq3 数组的内容会是1, 2, 3, 4, 5, 6
  return 0;
}

四、简洁易懂的代码

Trivially的代码非常简洁易懂，大多数函数都可以在几行代码中完成。这使得Trivially成为一个非常容易理解和使用的元编程库。下面是一个简单的例子，展示了如何使用Trivially来实现逐步求和：

#include "trivially/integer_sequence.hpp"
#include <iostream>
template <typename... T>
auto sum(T... t) {
  std::pair<int, trivially::integer_sequence<int>> res;
  res.first = (t + ...);
  res.second = trivially::make_integer_sequence<int, sizeof...(t)>{};
  return res;
}
int main() {
  auto res = sum(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
  std::cout << res.first << '\n'; // 输出45
  return 0;
}

五、总结

Trivially是一个非常易用和简洁的C标准库元编程库，它可以帮助C用户更轻松地完成元编程任务。Trivially提供的类型操作、模板类型简化、轻量级元编程工具以及其它一些方便的类和函数，都便于C用户以最简单、最直接的方式完成元编程任务。Trivially的代码非常简洁，易懂易用，这使得C用户可以快速入门元编程，并在项目中实际应用。

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