利用C++模板元編程怎么實現一個選擇排序功能

這篇文章給大家介紹利用C++模板元編程怎么實現一個選擇排序功能，內容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

數據的結構

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[] = {};
};

這里我們定義了一個 mvcetor 模板，他的作用就是用來保存數據的。模板的原型是

template<int ...data>
struct mvector;

他可以輸入任意數量的整數（模板參數可以看作是輸入）。

根據后面的特化，模板一共有四個屬性或類型（這些可以看作是模板的輸出），分別是 size ， value （第一個元素的值，方便后面的迭代）， next_type （除去頭的尾部，方便迭代）， array （ mvector 的數組表現形式）。

數據的操作

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;
};

這個模板的主要目的是將向量從某一部分分離出來（取最大值）。

模板的輸入有三個： index （要分離的元素的位置在 RightData 的位置）， LeftData （分離的左邊）， RightData （分離的右邊）。

輸出有 LeftVector （出來的左邊）， RightVector （出來的右邊）。

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;
};

將兩個向量合并，主要是用在分割后的向量。

尋找最大值

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;
};

尋找向量中的最大值。輸入有 now_index ， Looped （已經比較的部分）， unLooped （未比較的部分）。其中 now_index 是多余的，可以使用 sizeof...(Looped) 來代替。

輸出是 max （最大值）， max_index （最大值的位置，方便后面的分割）

排序

對數據操作完成了，這個程序也就完成了一大半了，排序也是非常的簡單，從未排序的列表中，選擇最大的值，放到已經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;
};

總結

代碼我放在了github的gist上， select_sort.cpp 。

總的來說，代碼還是非常的簡單的，只要合理的進行分解，大部分的算法應該都是可以實現的。

在編程的過程中，我也有一些自己的領悟，對于模板元編程的幾點小Tips，在這里給大家介紹一下吧。

• 如果熟悉函數式編程的話，再來學習模板元編程，對于其中的理解會更加的深刻，所以最好在開始準備學習之前，先學習一下函數式編程會比較好（雖然這個過程會非常的痛苦）。

• 類模板可以看作是一個函數，有輸入輸出。輸入是模板的參數，輸出是模板里面的類型或者變量，這些輸出也可以作為函數計算的中間變量，方便編碼。

• 模板元編程，一定要有耐心，特別是debug，會特別的難受
  

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