C++: Metaprogramming

今天在書店裡翻 "C++ template" 學習了一下以前一直不明白的Metaprogramming，發現原來就是那個在模板裡加enum的技巧的應用，仔細想一下果然可以衍生出很多用途，下面是一個最簡單的例子：
#include <iostream>
using namespace std;

template<int n>
class twoPower
{
public:
 enum { result = 2*twoPower<n-1>::result };

};

template<>
class twoPower<0>
{
public:
 enum {result = 1};
};

int main()
{
 cout << twoPower<5>::result <<endl;
}

定義了一個用來算2的n次方的模板，用了模板的特化來做為遞迴的終止條件。第一次接觸到這樣形式的模板應用是在"Modern C++ Design" 的typelist裡，當時就非常的驚訝，發現C++的表達能力實在是我無法想像的。

今天，書店裡思考了一會兒，覺得這個技術可以用來在編譯期實作類別似.net中attribute的東西。回來在機器上試了一下，像這樣：
首先定義一個attribute的模板類，並提供一個預設值：

template<typename T>
class SerializableAttribute
{
public:
 enum { IsSerializable = 0 };
};

然後你定義了一個自己的類，比如這樣：

class myClass
{
};

為了應用上面的那個Attribute，你需要為你的類提供一個特化：

template<>
class SerializableAttribute<myClass>
{
public:
 enum {IsSerializable = 1 };
};

然後，在其它地方就可能用到這個attribute。(reflect嗎？ )

int main()
{
 if (SerializableAttribute<myClass>::IsSerializable) cout << "myClass can be serialized." <<endl;
 else cout <<"myClass can't be serialized" <<endl;
}

我想以上這種應用，應該就是這種技術被稱為metaprogramming的原因吧。這樣的Attribute和.net中的Attribute最大的大區別是它是靜態，因為模板的推導工作全部都是在編譯期完成的，而不是像.net中那樣將metadata編譯進assembly裡，然後再在執行期運用反射來擷取。這當然會使得它的用途受到諸多限制。

不過有時候我在想，像C++這樣缺乏運行時支援，到底是劣勢呢？還是優勢呢？ 最近在研究C#2.0中的泛型機制，其中新提出來的 約束 的機制，我個人猜測很可能就是因為C#太強大的反射機制，導致泛型的推導，不能像C++那樣完全在編譯期完成，才不得不加上的。

C++中的編譯期多態，在C#中似乎也沒有辦法使用了。不過說不定加入泛型的C#，又會生出許多新的應用，誰知道呢! 當初為C++加入模板的時候，stroustup教授自己恐怕也沒有想到泛型會有今天的發展吧。語言總會給我們帶來驚喜，誰說不是呢。