利用C++模板元编程怎么实现一个选择排序功能

这篇文章给大家介绍利用C++模板元编程怎么实现一个选择排序功能，内容非常详细，感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴，希望对大家能有所帮助。

数据的结构

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[] = {};
};

这里我们定义了一个 mvcetor 模板，他的作用就是用来保存数据的。模板的原型是

template<int ...data>
struct mvector;

他可以输入任意数量的整数（模板参数可以看作是输入）。

根据后面的特化，模板一共有四个属性或类型（这些可以看作是模板的输出），分别是 size ， value （第一个元素的值，方便后面的迭代）， next_type （除去头的尾部，方便迭代）， array （ mvector 的数组表现形式）。

数据的操作

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;
};

这个模板的主要目的是将向量从某一部分分离出来（取最大值）。

模板的输入有三个： index （要分离的元素的位置在 RightData 的位置）， LeftData （分离的左边）， RightData （分离的右边）。

输出有 LeftVector （出来的左边）， RightVector （出来的右边）。

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;
};

将两个向量合并，主要是用在分割后的向量。

寻找最大值

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;
};

寻找向量中的最大值。输入有 now_index ， Looped （已经比较的部分）， unLooped （未比较的部分）。其中 now_index 是多余的，可以使用 sizeof...(Looped) 来代替。

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

排序

对数据操作完成了，这个程序也就完成了一大半了，排序也是非常的简单，从未排序的列表中，选择最大的值，放到已经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;
};

总结

代码我放在了github的gist上， select_sort.cpp 。

总的来说，代码还是非常的简单的，只要合理的进行分解，大部分的算法应该都是可以实现的。

在编程的过程中，我也有一些自己的领悟，对于模板元编程的几点小Tips，在这里给大家介绍一下吧。

• 如果熟悉函数式编程的话，再来学习模板元编程，对于其中的理解会更加的深刻，所以最好在开始准备学习之前，先学习一下函数式编程会比较好（虽然这个过程会非常的痛苦）。

• 类模板可以看作是一个函数，有输入输出。输入是模板的参数，输出是模板里面的类型或者变量，这些输出也可以作为函数计算的中间变量，方便编码。

• 模板元编程，一定要有耐心，特别是debug，会特别的难受
  

关于利用C++模板元编程怎么实现一个选择排序功能就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，可以学到更多知识。如果觉得文章不错，可以把它分享出去让更多的人看到。