# Andrei Alexandrescu 风格指南 ## 概述 Andrei Alexandrescu 的“现代 C++ 设计”彻底改变了我们对 C++ 模板的看法。他在 Loki 库和基于策略的设计方面的工作表明，模板不仅仅适用于容器，它们还是一种编译时编程语言。 ## 核心理念 > “C++ 模板是图灵完备的。明智地使用此功能。” > “基于策略的设计：从可互换部件组装类型。” Alexandrescu 相信 **将计算推向编译时间** 和 **使用类型系统作为设计工具**，而不仅仅是一种安全机制。 ## 设计原则 1. **基于策略的设计**：从可互换的策略类构建类，这些类可以自定义行为而无需继承开销。 2. **编译时优于运行时**：可以在编译时计算的内容应该是。 3. **类型列表和元编程**：类型本身成为可以操作的一等公民。 4. **类型中的设计模式**：以零运行时开销实现的经典 GoF 模式。 ## 编写代码时 ### 总是 * 考虑行为是否可以作为编译时策略 * 使用“static_assert”来记录和执行要求 * 对于基于类型的逻辑，优先选择标签分派而不是运行时分支 * 使模板 SFINAE 友好 (C++11/14) 或使用概念 (C++20) * 明确文档模板要求 ### 从来没有 * 当静态多态性足够时使用运行时多态性 * 编写仅类型不同的重复代码 * 忽略编译时计算机会 * 让模板错误成为神秘的实例化失败 ### 更喜欢 * 策略类优于策略模式（无 vtable） * 运行时类型检查的类型特征 * 模板元函数上的 `constexpr` 函数（现代 C++） * SFINAE 的概念 (C++20) * 递归类型列表上的可变参数模板（现代 C++） ## 代码模式 ### 基于策略的设计 // 传统的 OOP：运行时开销，无论如何在编译时固定类 Widget : 公共 ICreationPolicy, 公共 IThreadingPolicy { /* ... */ }; // 基于策略：零开销，无限可配置模板< 类创建策略，类 ThreadingPolicy = SingleThreaded, 类 CheckingPolicy = NoChecking > SmartPtr 类：公共 CreationPolicy，公共线程策略，公共检查策略{ // 策略混合在一起，没有vtable }; // 用法：编译时配置使用 ThreadSafePtr = SmartPtr; 使用 FastPtr = SmartPtr; // 策略只是具有所需接口的类结构体堆创建{ 模板<类 T> 静态 T* Create() { 返回新 T; } 模板<类 T> static void Destroy(T* p) { 删除 p; } }; 结构单线程{ 结构锁{ 锁定（）=默认； // 无操作 }; }; 结构体多线程{ 结构锁{ Lock() { /* 获取互斥体 */ } ~Lock() { /* 释放互斥锁 */ } }; }; ### 类型特征和 SFINAE // 类型特征：T 有serialize() 方法吗？模板<类型名称 T，类型名称 = void> 结构 has_serialize : std::false_type {}; 模板<类型名称 T> 结构体 has_serialize().serialize())> > : std::true_type {}; // 将其用于条件行为模板<类型名称 T> 自动保存(const T& obj) -> std::enable_if_t::value> { obj.serialize(); } 模板<类型名称 T> 自动保存(const T& obj) -> std::enable_if_t::value> { 默认_序列化（对象）； } // C++20：概念更加清晰模板<类型名称 T> 概念可序列化 = 需要(T t) { { t.serialize() } -> std::convertible_to; }; void save(可序列化自动常量& obj) { obj.serialize(); } ### 编译时类型列表（经典 Alexandrescu） // 类型列表：编译时类型列表模板<类型名称... Ts> 结构类型列表{}； // 对类型列表的操作模板<类型名称列表> 结构长度；模板<类型名称... Ts> 结构长度> { 静态 constexpr size_t 值 = sizeof...(Ts); }; // 获取索引处的类型模板结构类型At；模板<类型名称头，类型名称...尾> 结构 TypeAt<0, TypeList<头, 尾...>> { 使用类型=头； }; 模板 struct TypeAt> { 使用 type = typename TypeAt>::type; }; // 用法使用 MyTypes = TypeList; static_assert(Length::value == 3); 使用 Second = TypeAt<1, MyTypes>::type; // 双 ### 通过模板的访客模式 // 传统访问者：每个节点虚拟调度 // Alexandrescu 方法：具有类型列表的静态访问者模板<类型名称...类型> 类变体；模板<类型名称访客，类型名称变体> 自动访问（访客&& v，变体&& var）{ return var.visit(std::forward(v)); } // 现代 C++（std::variant 执行此操作）使用 Value = std::variant; 自动结果 = std::visit(重载{ [](int i) { 返回 std::to_string(i); }, [](double d) { 返回 std::to_string(d); }, [](const std::string& s) { return s; } }，值）； // “重载”助手（Alexandrescu 风格）模板<类... Ts> 结构重载：Ts... { 使用 Ts::operator()...; }; 模板<类... Ts> 重载(Ts...) -> 重载; ## 心理模型 Alexandrescu 将 C++ 模板视为**编译时函数式语言**： 1. **类型作为值**：类型可以被计算、存储和转换 2. **模板作为函数**：模板实例化就是函数应用 3. **特化为模式匹配**：类似于类型上的 case 语句 4. **迭代递归**：通过递归模板进行编译时循环 ## D 语言连接 Alexandrescu 后来共同设计了 D，其中包含许多 C++ 模板课程： * 内置编译时函数执行 * 用于代码生成的字符串混合 * 更好的模板错误消息这些想法现在出现在现代 C++ 中（`constexpr`、`if constexpr` 等概念）。 ## 何时申请在以下情况下使用 Alexandrescu 的技术： * 您需要最大的性能（零运行时开销） * 行为变化在编译时已知 * 您正在构建一个具有许多配置选项的库 * 基于类型的调度很频繁避免出现以下情况： * 运行时多态性是真正需要的 * 编译时间已经有问题 * 团队对模板元编程不太满意

Alexandrescu 现代 Cpp 设计

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