[//]:#(C++模板超程式設計----選擇排序) # 目錄 - [目錄](#目錄) - [前言](#前言) - [程式碼詳解](#程式碼詳解) - [資料的結構](#資料的結構) - [資料的操作](#資料的操作) - [分割向量](#分割向量) - [合併向量](#合併向量) - [尋找最大值](#尋找最大值) - [排序](#排序) - [總結](#總結) # 前言 模板在C++一直是比較神祕的存在。`STL`和`Boost`中都有大量運用模板，但是對於普通的程式設計師來說，模板僅限於使用。在一般的程式設計中，很少會有需要自己定義模板的情況。但是作為一個有理想的程式設計師，模板是一個繞不過去的坎。由於C++標準的不斷改進，模板的能力越來越強，使用範圍也越來越廣。 在C++11中，模板增加了`constexpr`，可變模板引數，回返型別後置的函式宣告擴充套件了模板的能力；增加了外部模板加快了模板的編譯速度；模板引數的預設值，角括號和模板別名使模板的定義和使用變得更加的簡潔。 C++14中，放寬了`constexpr`的限制，增加了變數模板。 C++17中，簡化模板的建構函式，使模板更加易用；Folding使得模板在定義中更加方便。 C++20是一個大版本更新，對於模板來說，也有很大的進步。對於個人來說，最喜歡的應該就是`concept`了，它讓模板可以判斷模板引數是不是符合要求，同時也對模板的特化提供了更進一部的支援（以後再也不用看著模板成噸的報錯流淚了。）；同時它還要求大部分的STL庫都支援`constexpr`，使得很多類可以在編譯期直接使用（以後模板超程式設計就不是單純的函式式語言了吧，感覺以後C++的程式設計會變得非常奇怪）。 而隨著模板一步步的完善，大佬們發現模板的功能居然已經實現了圖靈完備，於是各種騷操作層出不窮，比如俄羅斯方塊[Super Template Tetris](https://blog.mattbierner.com/stupid-template-tricks-super-template-tetris/)。 作為一個小老弟，當然是還沒有能力寫出一個可以媲美俄羅斯方塊的程式，不過寫一些簡單的排序還是可以的。 這裡我分享的是一個選擇排序演算法。為什麼選擇選擇排序呢？因為它排序的時候，他對於元素的位置改變是比較少的。個人感覺函式超程式設計最複雜的就是對元素進行修改位置了吧。 # 程式碼詳解 ## 資料的結構 ```C++ template struct mvector; template struct mvector { static constexpr int size = sizeof...(data) + 1; static constexpr int value = first; typedef mvector next_type; constexpr static std::array array = {first, data...}; }; template struct mvector { 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[] = {}; }; ``` 這裡我們定義了一個`mvcetor`模板，他的作用就是用來儲存資料的。模板的原型是 ```C++ template struct mvector; ``` 他可以輸入任意數量的整數（模板引數可以看作是輸入）。 根據後面的特化，模板一共有四個屬性或型別（這些可以看作是模板的輸出），分別是`size`，`value`（第一個元素的值，方便後面的迭代），`next_type`（除去頭的尾部，方便迭代），`array`（`mvector`的陣列表現形式）。 ## 資料的操作 ### 分割向量 ```C++ // 分割向量 template struct SplitVector; template struct SplitVector, mvector> { typedef SplitVector::value>, typename mvector::next_type> next_split; typedef typename next_split::LeftVector LeftVector; typedef typename next_split::RightVector RightVector; }; template struct SplitVector<0, mvector, mvector> { typedef mvector LeftVector; typedef typename mvector::next_type RightVector; }; ``` 這個模板的主要目的是將向量從某一部分分離出來（取最大值）。 模板的輸入有三個：`index`（要分離的元素的位置在`RightData`的位置），`LeftData`（分離的左邊），`RightData`（分離的右邊）。 輸出有`LeftVector`（出來的左邊），`RightVector`（出來的右邊）。 ### 合併向量 ```C++ // 合併向量 template struct MergeVector; template struct MergeVector, mvector> { typedef mvector result_type; }; ``` 將兩個向量合併，主要是用在分割後的向量。 ### 尋找最大值 ```C++ template struct FindMax; template struct FindMax, mvector> { typedef FindMax::value>, typename mvector::next_type> next_max; constexpr static int max = mvector::value > next_max::max ? mvector::value : next_max::max; constexpr static int max_index = mvector::value > next_max::max ? now_index : next_max::max_index; }; template struct FindMax, mvector<>> { typedef FindMax, mvector<>> next_max; constexpr static int max = -1; constexpr static int max_index = now_index; }; ``` 尋找向量中的最大值。輸入有`now_index`，`Looped`（已經比較的部分），`unLooped`（未比較的部分）。其中`now_index`是多餘的，可以使用`sizeof...(Looped)`來代替。 輸出是`max`（最大值），`max_index`（最大值的位置，方便後面的分割） ## 排序 對資料操作完成了，這個程式也就完成了一大半了，排序也是非常的簡單，從未排序的列表中，選擇最大的值，放到已經排序好的列表的前面就好了。 ```C++ // 排序 template struct SelectSortWork; template struct SelectSortWork, mvector> { typedef FindMax<0, mvector<>, mvector> max_find_type; constexpr static int max = max_find_type::max; constexpr static int max_index = max_find_type::max_index; typedef SplitVector, mvector> split_type; typedef SelectSortWork::result_type, mvector> next_select_sort_work_type; typedef typename next_select_sort_work_type::sorted_type sorted_type; }; template struct SelectSortWork, mvector> { typedef mvector sorted_type; }; ``` # 總結 程式碼我放在了github的gist上，[select_sort.cpp ](https://gist.github.com/ink19/0903d6d18d8b5a51640aeb580d7b2f07)。 總的來說，程式碼還是非常的簡單的，只要合理的進行分解，大部分的演算法應該都是可以實現的。 在程式設計的過程中，我也有一些自己的領悟，對於模板超程式設計的幾點小Tips，在這裡給大家介紹一下吧。 1. 如果熟悉函數語言程式設計的話，再來學習模板超程式設計，對於其中的理解會更加的深刻，所以最好在開始準備學習之前，先學習一下函數語言程式設計會比較好（雖然這個過程會非常的痛苦）。 2. 類模板可以看作是一個函式，有輸入輸出。輸入是模板的引數，輸出是模板裡面的型別或者變數，這些輸出也可以作為函式計算的中間變數，方便編碼。 3. 模板超程式設計，一定要有耐心，特別是debug，會特別的難受 部落格原文：https://www.cnblogs.com/ink19/p/cpp_template_select_so