C++11 模板元编程 - 鸭子类型

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模板为C++提供了鸭子类型（Duck typing）的特性。所谓鸭子类型，指的是代码关注的不是对象的类型本身，而是它被如何使用的。例如，在使用鸭子类型的语言中，我们编写一个函数可以接受一个任意类型的对象，只要它有走、游泳和嘎嘎叫方法。至于客户给它传入的是一只真正的鸭子，或是也能走、游泳和嘎嘎叫的其它类型对象，都没有关系。但是如果传入的对象中没有这些需要被调用的方法，就将引发一个错误。

" When I see a bird that walks like a duck and swims like a duck and quacks like a duck, I call that bird a duck. - James Whitcomb Riley, 1849-1916"

我们看下面这个例子：

template
T max(const T& t1， const T& t2)
{
    return (t1 > t2)? t1 : t2;
}

对max，只约束入参类型T支持>比较运算，而不关心它的具体类型。例如我们可以为max传入int、float或者是实现了了opertator >的任何对象。

直到现在，C++中模板对入参的约束都是通过对入参的使用方式来隐式体现的。而有的语言却可以显示约束。例如对于如下Haskell代码：

max' :: (Ord a) => a -> a -> a
max' x y
    | x > y     = x
    | otherwise = y

如上max的定义前面通过函数声明：max' :: (Ord a) => a -> a -> a约束了入参的类型a必须满足Ord类型类的约束。类型类用于规范一组类型应该满足的特征，例如Ord要求满足它的类型必须能够进行标准的比较操作，如<、>、<=、>=等。

C++17标准有可能会引入concept特性用来支持上述haskell中对类型特征进行显示约束的能力。显示化类型约束可以让代码更容易被理解，让编译器可以更准确的报告错误或者对代码更好地做出优化，同时也可以让IDE对语言更好地支持。

鸭子类型为程序的书写带来了很多便利性，基本上动态语言（Python、Ruby）以及拥有类型推导的静态语言（C++、Haskell、Scala）都有这个特性。区别在于动态语言一般是在运行期发现类型不满足约束，而静态语言通过强大的类型推导可以在编译期就发现错误。

回到最后，我们思考下，如果把C++模板元编程当做一门独立的语言，它自身是否支持鸭子类型呢？

答案很明确，虽然模板为“运行时C++”提供了鸭子类型的能力，但模板元编程自身却不支持鸭子类型。

例如下面的元函数明确要求其入参的型别为类型，所以你可以这样使用SizeOf。但是一旦你传入一个数值SizeOf<5>，它就会报错。

template
struct SizeOf
{
    using Result = __int(sizeof(T));
}；

我们之前总结过，模板可以操作的计算对象大体可以分为数值和类型两大类，一旦我们把模板当做编译期函数来看，就会发现它是强类型的。一个模板声明其入参是数值型，就不能接收类型作为入参，反之亦然！这就是为何我们为了提高元函数的组合复用能力，将所有的数值也封装成了类型。我们统一模板元编程的计算对象类型，就相当于把一切都变成了鸭子，间接地也得到了鸭子类型的好处。

最后，我们单独看待模板元编程的时候，它相当是一门解释型语言！C++编译器直接面对模板元编程的源代码进行编译期计算，这时我们可以将C++编译器看做是模板元编程的解释器，它一边解释一边执行，解释结束之时也是程序执行完毕之时。有趣吧？在这个角度看模板元编程反而更像是一门脚本语言。

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总结：两阶段的C++语言

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