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C++Template MetaProgrammingの、さわりだけ...CORE 北海道カンパニー勉強会2013/7/26 松浦13年7月27日土曜日

C++テンプレートを使ったメタプログラミングについて紹介します！まあ、そんなのもあるんだー、ふーん、くらいな感じで今日は、13年7月27日土曜日

メタプログラムとは何か？テンプレートの基礎テンプレート特殊化再帰テンプレートメタ関数型シーケンスさいごに目次13年7月27日土曜日

メタプログラムとは何か？テンプレートの基礎テンプレート特殊化再帰テンプレートメタ関数型シーケンスさいごに13年7月27日土曜日

ロジックを直接コーディングするのではなく、あるパターンをもったロジックを生成する高位ロジックによってプログラミングを行う方法、またその高位ロジックを定義する方法のこと。........wikipedia13年7月27日土曜日

いみがまったくわからないいやん♡13年7月27日土曜日

プログラムを生成するプログラム、ってことでいいと思うぽよ。ようは13年7月27日土曜日

例えばYACCexpression : term| expression ‘+’ term {$$=$1+$2;}| expression ‘-’ term {$$=$1-$2;} ;term : factor| term ‘*’ factor { $$ = $1 * $2; }| term ‘/’ factor { $$ = $1 / $2; } ;factor : INTEGER| group ;group : ‘(’ expression ‘)’ ;13年7月27日土曜日

YACC.y YACC .c13年7月27日土曜日

YACC.y YACC .cドメイン言語（DSL）ホスト言語13年7月27日土曜日

boost.spiritexpr = ( term[expr.val = _1] >> '+' >> expr[expr.val += _1])| ( term[expr.val = _1] >> '-' >> expr[expr.val -= _1])| term[expr.val = _1] ;term = ( factor[term.val = _1] >> '*' >> term[term.val *= _1])| ( factor[term.val = _1] >> '/' >> term[term.val /= _1])| factor[term.val = _1] ;factor = integer[factor.val = _1]| ( '(' >> expr[factor.val- _1] >> ')' ) ;13年7月27日土曜日

boost.spirit.cpp13年7月27日土曜日

boost.spirit.cppドメイン言語ホスト言語13年7月27日土曜日

boost.spirit.cppドメイン言語ホスト言語EDSL（埋め込みドメイン言語）13年7月27日土曜日

boost.spirit.cppドメイン言語ホスト言語EDSL（埋め込みドメイン言語）YACC相当のものは？13年7月27日土曜日

boost.spirit.cppドメイン言語ホスト言語EDSL（埋め込みドメイン言語）YACC相当のものは？テンプレート・メタプログラミング13年7月27日土曜日

なぜC++でメタプロ？別の構文規則を学ぶ必要がない他のメタプロとの相互運用余分な構築ステップ不要品質、再利用、可搬性13年7月27日土曜日

とはいえboost.spiritのような究極のメタプログラミングの話は割愛します。このあとの章では、C++メタプロを支える基本的な部分だけお話します。（ちゃんと話せる自信がないというのはナイショぽよ13年7月27日土曜日

普通のジェネリック// C#List<string> list = new List<string>();list.add("hoge"); list.add("page");// JavaList<String> list = new ArrayList<String>();list.add("hoge"); list.add("page");//C++list<string> list;list.insert("hoge"); list.insert("page");13年7月27日土曜日

非型テンプレート//C++template<int N>struct pow {static const int value = N*N;};int n = pow<3>::value; // n = 3*3;13年7月27日土曜日

型の操作ポインタを追加する//C++template<class T>struct add_pointer {typedef T* type;};int n = 10;// int* p = &n;add_pointer<int>::type p = &n;13年7月27日土曜日

C++テンプレートコンパイル時に計算してしまう（実行時コスト０）。非型テンプレート型操作.....などなど13年7月27日土曜日

add_pointerの例ん？？// int* p = &n;add_pointer<int>::type p1 = &n;// これはエラー：int** p2 = &n;add_pointer<int*>::type p2 = &n;13年7月27日土曜日

そこで特殊化template<class T>struct add_pointer {typedef T* type;};// そもそもポインタだったらこっちtemplate<class T>struct add_pointer<T*> {typedef T* type;};int n = 10;// int* p = &n;add_pointer<int>::type p1 = &n;// めでたしadd_pointer<int*>::type p2 = &n;13年7月27日土曜日

テンプレート特殊化テンプレート特殊化により、コンパイル時に条件分岐を行うことができる。13年7月27日土曜日

コンパイル時 if文template<bool b, class T1, class T2>struct If_;template<class T1, class T2>struct If_<true,T1,T2> {typedef T1 type; // 条件が真ならT1を使用する};template<class T1, class T2>struct If_<false,T1,T2> {typedef T2 type; // 条件が偽ならT2を使用する};If_<sizeof(long) > sizeof(char), char, long>::type x; // char x;13年7月27日土曜日

コンパイル時assert// 宣言だけtemplate<bool b>struct Static_assert;// true版のみ定義しfalse版は定義しないtemplate<>struct Static_assert<true>{};#define STATIC_ASSERT(b) { sizeof( Static_assert<b> ); }void foo() {STATIC_ASSERT(sizeof(long) == 4);char dest[32];char src[16];STATIC_ASSERT(sizeof(dest) >= sizeof(src));::memcpy(dest,src,sizeof(src));}13年7月27日土曜日

C++テンプレートコンパイル時に計算してしまう（実行時コスト０）。非型テンプレート型操作特殊化による条件分岐13年7月27日土曜日

普通に再帰で階乗計算int factorial(int N) {return N==0 ? 1 : N*factorial(N-1);}int n = factorial(3); // 613年7月27日土曜日

再帰テンプレートで// 階乗を求めるtemplate <int N>struct factorial_t {static const int value = N*factorial_t<N-1>::value;};// N==0の場合は特殊化するtemplate <>struct factorial_t<0> {static const int value = 1;};int n2 = factorial_t<3>::value; // n2 = 6;13年7月27日土曜日

再帰テンプレート再帰テンプレートにより、コンパイル時に繰り返し処理を行うことができる。13年7月27日土曜日

余談C++テンプレートはチューリング完全である（制限：再帰に限界あり）C++ Templates are Turing Completehttp://ubietylab.net/ubigraph/content/Papers/pdf/CppTuring.pdf13年7月27日土曜日

C++テンプレートコンパイル時に計算してしまう（実行時コスト０）。非型テンプレート型操作特殊化による条件分岐再帰テンプレートによる繰り返し13年7月27日土曜日

このへんからちょっとだけ応用な感じです。ちょっとだけよ♡13年7月27日土曜日

メタ関数とはadd_pointer<int>::type pi;関数名int v = factorial_t<3>::value;パラメータ戻り値(型)関数名パラメータ戻り値(値)13年7月27日土曜日

高階関数を考えてみようまずは普通のテンプレート関数f(f(x)) の結果を返すtwicetemplate<class F, class X>struct twice {static int value(const X& x ){return F::apply(F::apply(x));}};struct div2 {static int apply(int x) { return x/2; }};std::cout << twice<div2,int>::value(8); // 213年7月27日土曜日

高階メタ関数template<class F, int N>struct twice {static const int value =F::template apply<F::template apply<N>::value>::value;};struct div2 {template<int N>struct apply {static const int value = N/2;};};std::cout << twice<div2,8>::value; // 213年7月27日土曜日

こんなことしたいそれぞれの型のインスタンスを用意してメソッドを呼び出したい。struct A { std::string name() const { return "A!"; } };struct B { std::string name() const { return "B!"; } };struct C { std::string name() const { return "C!"; } };struct D { std::string name() const { return "D!"; } };/* こんなことしたいA a; a.name(); B b; b.name();C c; c.name(); D d; d.name();とかfor( v : [A,B,C,D] ) print( v.name() ); // 擬似コードです*/13年7月27日土曜日

JavaやC#、ObjCあたりのアプローチリフレクションを使う。Classクラスのようなメタクラスの配列を使って動的生成する、とかね。C++のリフレクションは貧弱。どうしよう。13年7月27日土曜日

C++のアプローチメタプログラミングで型のリスト（型シーケンス）を用意し、各型にアクセスする仕掛けを考えてみる。TypeList<A,B,C,D>::type;13年7月27日土曜日

C++のアプローチメタプログラミングで型のリスト（型シーケンス）を用意し、各型にアクセスする仕掛けを考えてみる。TypeList<A,B,C,D>::type;このへんをどうするか？？13年7月27日土曜日

型シーケンスtemplate<class First, class Rest>struct Cons {typedef First first;typedef Rest rest;};struct ConsNil {};// 型シーケンス TypeList<T1,T2,T3,T4>template<class T1, class T2, class T3, class T4>struct TypeList {typedef Cons<T1,Cons<T2,Cons<T3,Cons<T4,ConsNil> > > > type;};13年7月27日土曜日

型シーケンスtemplate<class First, class Rest>struct Cons {typedef First first;typedef Rest rest;};struct ConsNil {};// 型シーケンス TypeList<T1,T2,T3,T4>template<class T1, class T2, class T3, class T4>struct TypeList {typedef Cons<T1,Cons<T2,Cons<T3,Cons<T4,ConsNil> > > > type;};このへんがキモ13年7月27日土曜日

むずくないよtemplate<class First, class Rest>struct Cons {typedef First first;typedef Rest rest;};struct ConsNil {};template<class T1, class T2, class T3, class T4>struct TypeList {typedef Cons<T1,Cons<T2,Cons<T3,Cons<T4,ConsNil> > > > type;};// typedef First first; : T1// typedef Rest rest; : Cons<T2,Cons<T3,Cons<T4,ConsNil> > >// typedef First first; : T2// typedef Rest rest; : Cons<T3,Cons<T4,ConsNil> >// typedef First first; : T3// typedef Rest rest; : Cons<T4,ConsNil>// typedef First first; : T4// typedef Rest rest; : ConsNil ← ターミネータ13年7月27日土曜日

あとは繰り返す処理// typedef First first; : T1// typedef Rest rest; : Cons<T2,Cons<T3,Cons<T4,ConsNil> > >// typedef First first; : T2// typedef Rest rest; : Cons<T3,Cons<T4,ConsNil> >// typedef First first; : T3// typedef Rest rest; : Cons<T4,ConsNil>// typedef First first; : T4// typedef Rest rest; : ConsNil ← ターミネータtemplate<class CONS>struct for_each {template<class FUNC>static void apply( const FUNC& f ) {typename CONS::first v;f( v );for_each<typename CONS::rest>::apply(f);}};13年7月27日土曜日

ターミネータ忘れてた！template<class CONS>struct for_each {template<class FUNC>static void apply( const FUNC& f ) {typename CONS::first v;f( v );for_each<typename CONS::rest>::apply(f);}};// ターミネータ用に特殊化template<>struct for_each<ConsNil> {template<class FUNC>static void apply( const FUNC& ){ }};13年7月27日土曜日

使ってみようstruct A { std::string name() const { return "A!"; } };struct B { std::string name() const { return "B!"; } };struct C { std::string name() const { return "C!"; } };struct D { std::string name() const { return "D!"; } };struct Printer {template<class T> void operator()(const T& v) const {std::cout << v.name() << std::endl;}};void foo(){for_each<TypeList<A,B,C,D>::type>::apply( Printer() );}// for( v : [A,B,C,D] ) print( v.name() ); ↑ 似てる// A!// B!// C!// D!13年7月27日土曜日

リフレクションが無くてもテンプレートでいろいろ出来ちゃう。しかも多くをコンパイル時に静的に。boost.mpl には型のためのコンテナ、イテレータ、アルゴリズムがある。遅延評価、ラムダなども。正直、あたまおかしい(笑)13年7月27日土曜日

新たなパラダイムに出会えたね！構造化データ指向オブジェクト指向ジェネリック関数型・・・メタプログラミング13年7月27日土曜日

余談GoFデザインパターンはオブジェクト指向だけか？例えば Abstract FactoryパターンやVisitor パターンは、メタプロと相性が良い。継承でなくポリシとか。メタプロと関数型？どちらも状態を持たない13年7月27日土曜日

まとめC++テンプレート機能により、コンパイル時の処理を書くことが出来る。ライブラリの実装では多用される。でも、正直読みにくいし難解。C++11ではconstexprにより多少ましになっている。13年7月27日土曜日

おつかれさま！もうおわり？♡ふう...13年7月27日土曜日

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