C++模板元编程如何实现策略模式

在C++中，模板元编程（TMP）是一种在编译时执行计算的技术，它允许程序员编写在编译时生成和优化代码的程序。策略模式是一种行为设计模式，它允许在运行时选择算法的行为。结合TMP和策略模式，我们可以在编译时根据不同的类型选择不同的算法实现。

以下是一个使用C++模板元编程实现策略模式的示例：

首先，我们定义一个策略接口，通常使用纯虚函数表示：

template <typename T>
class Strategy {
public:
    virtual ~Strategy() = default;
    virtual T execute(const T& input) const = 0;
};

然后，我们为每种具体策略实现这个接口。例如，我们可以有一个加法策略和一个乘法策略：

template <typename T>
class AddStrategy : public Strategy<T> {
public:
    T execute(const T& input) const override {
        return input + input;
    }
};

template <typename T>
class MultiplyStrategy : public Strategy<T> {
public:
    T execute(const T& input) const override {
        return input * input;
    }
};

接下来，我们创建一个上下文类，它包含一个指向策略对象的指针，并使用模板特化来根据类型选择合适的策略：

template <typename T, typename StrategyType = void>
class Context;

template <typename T>
class Context<T, std::enable_if_t<!std::is_same_v<Strategy<T>, MultiplyStrategy<T>>>> {
public:
    Context(Strategy<T>* strategy) : strategy_(strategy) {}

    T execute(const T& input) const {
        return strategy_->execute(input);
    }

private:
    Strategy<T>* strategy_;
};

template <typename T>
class Context<T, std::enable_if_t<std::is_same_v<Strategy<T>, MultiplyStrategy<T>>>> {
public:
    Context(Strategy<T>* strategy) : strategy_(strategy) {}

    T execute(const T& input) const {
        return strategy_->execute(input * input);
    }

private:
    Strategy<T>* strategy_;
};

注意，这里使用了std::enable_if和SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）技术来根据模板参数的类型选择不同的上下文类实现。

最后，我们可以使用这些类来执行不同的策略：

int main() {
    Context<int> addContext(&AddStrategy<int>());
    Context<int> multiplyContext(&MultiplyStrategy<int>());

    int resultAdd = addContext.execute(5);  // 结果为 5 + 5 = 10
    int resultMultiply = multiplyContext.execute(5);  // 结果为 5 * 5 = 25

    return 0;
}

在这个例子中，Context类根据模板参数T的类型在编译时选择合适的策略实现。注意，由于策略模式和模板元编程都是在编译时工作的，因此运行时的性能开销非常小。