什么是元编程

    元编程的英文名字是Meta Programming,也称为模板元编程，可以理解为一种编程手法，用来实现一些比较特殊的功能。元编程一般和“递归”这个词有比较密切的联系，代表着元编程这种编程手法中多数都会用到递归编程技术。

    由于元编程这种手法有其特殊性，所以许多资料上会将元编程和泛型编程分开来说。其实模板编程主要应用再两个方面：1.泛型编程 2.元编程
（1）泛型编程：重点突出的是“通用”的概念，这个“泛”字就是通用的意思，程序员不需要关心具体的类型。
（2）元编程：重点突出的是一种程序设计的技巧，达到用常规的编程手段难以达到的效果。元编程可以让某些计算在编译期间完成，从而在很大程度上节约了程序运行的时间，提高程序的运行性能。

一、什么是元函数

    传统的函数都是程序运行期间被调用和执行的函数，而元函数是能在编译期间被调用执行的函数（编译期间就能得到结果）。引入元函数概念的目的是支持元编程，而元函数是元编程的核心。

总结：所谓元编程，就是用元函数进行编程，甚至可以说，书写和使用这些元函数的过程本身就是在进行元编程。

c++11标准引入的constexpr关键字用于编译的时候求值，这样能够提升程序运行时的性能。

constexpr int myfun(int abc)
{
    
	return abc*2;
}

在main函数中调用：

constexpr int var = 11*myfunc(12);
static_assert(var == 264,"sth error");

static_assert关键字是一个静态断言，是编译期间断言。如果第一个条件不满足，则提示后面的字符串。编译后没有出错。
注意：constexpr自带inline属性，这个属性是c++17标准引入的。

二、元函数分类

2.1 数值元函数

    在刚才的范例，元函数myfunc()使用了constexpr关键字修饰，因为它输出的结果是一个数值，由此得名数值函数。也许有的读者可能会觉得元函数应该是个函数，其实元函数的有很多种形式，
（1）编译期间能够被调用的类模板

template<int x_v,int y_v>
struct calc
{
    
	enum
	{
    
		addvalue = x_v + y_v,
	};
};

void main()
{
    
	const int var = calc<4, 13>::addvalue;
	static_assert(var == 17, "sth error");
	cout << var << endl;

	system("pause");
}

结果：

随着c++语言的不断标准化，也出现了使用静态const成员变量的程序写法。所以下面的代码也是可以的：

template<int x_v,int y_v>
struct calc
{
    
	static const int addvalue = x_v + y_v;
};

但是这样修改，可能会导致在某些情况使用了calc类模板后编译器对calc进行实例化并为addvalue分配额外的内存空间（使用enum类型的addvalue不会额外分配空间）。

再看个例子：

template<int n_v>
struct Factorial
{
    
	enum {
    value = n_v * Factorial<n_v -1>::value };
	
};

template<>
struct Factorial<1>
{
    
	enum {
     value = 1 };
};
void main()
{
    
	cout << Factorial<5>::value << endl;

	system("pause");
}

结果：

当n_v变为1时，编译器会实例化特化版本的Factorial,此时枚举类型的值value为1，递归结束
（2）consterpr修饰的函数
如果采用c++11的写法，那么如下：

constexpr int Factorialx(int n_v)
{
    
	return n_v <= 1 ? 1 : (n_v * Factorialx(n_v - 1));
}

（3）constexpr修饰的变量模板

//泛化版本
template<int Arg>
constexpr int result = Arg * result<Arg - 1>;

//特化版本
template<>
constexpr int result<0> = 1;

void main()
{
    
	cout << result<5> << endl;

	system("pause");
}

2.2 类型元函数

前面介绍的都是在编译器间进行数值计算的元函数，接下来介绍编译期间类型计算的元函数。

template<typename T>
struct AddPoint
{
    
	using type = T *;
};

void main()
{
    
	AddPoint<const char>::type s = "I Love China!";
	cout << typeid(s).name() << endl;

	system("pause");
}

结果：

像AddPoint这种包含了using定义类型别名的类模板，就可以称为类型元函数，其实也就是我之前文章提到的固定萃取类模板

总结：其实在实际的编程中，元函数是一个很宽泛的概念，只要用于元编程中，在编译期间能够被调用，都可以视为元函数，不必仅限于数值元函数和类型元函数。