在 c++ 中,有一个东西叫做 template,也就是中文里的模板,c++ 的 STL 以及许多函数都用到了 template,template 指出了泛型编程的一条道路。
最经典的问题是写一个函数,返回两个数的较小值。
inline int min(const int &a,const int &b){ return a<b?a:b; }
这段代码非常浅显易懂,但是只支持 int 类型的变量,想要支持其他类型,必须通过 c++ 的重载函数才能实现。
inline double min(const double &a,const double &b){ return a<b?a:b; }
这样要写很多很多函数才能实现,而且还不支持用户自定义类型,非常不实用。这个时候就容易想到使用 #define 预编译指令实现。
PS:c++ 重载函数的原理是 SFINAE 原则,不匹配不报错而是试图匹配其他的同名函数。
#define min(x,y)((x)<(y)?(x):(y))
尽管这样实现了要求,但是首先 #define 不安全,其次就是遇到有副作用的运算比如自增运算符就会产生问题……当然可以通过多行 #define 实现。但是最简单的方法还是模板:
template<typename any> inline any min(const any &a,const any &b){ return a<b?a:b; }
这样仅此一个函数就实现了所有功能。如果对于用户自定义的变量进行比较,可以对用户变量进行重载运算符小于号解决,或者通过模板特化:
struct modint{int data;}; friend inline bool operator<(const modint &x,const modint &y){ return x.data<y.data; }// 重载运算符 inline modint min(const modint &x,const modint &y){ return x.data<y.data?x:y; }// 模板特化
但是要是不只有一个类型而是一系列类型都要特化模板,比如说为所有 unsigned 类型写一个 lowbit,这要怎么办呢?要是全部重载函数,unsigned short,unsigned int,unsigned long,unsigned long long,太多了!而如果直接写模板有时候又不想传入 unsigned 类型,这个时候就要用到 enable_if 了。
enable_if 听上去是个函数实际上是个函数实际上是个 struct,构造十分巧妙,第一个参数强制要求是 true,起到了 if 判断作用:如果是 false,直接跳过。
这里给出 std 命名空间里 enable_if 的实现方式:
// Partial specialization for true. template<typename _Tp> struct enable_if<true, _Tp> { typedef _Tp type; }
再贴一个使用 enable_if 实现的 lowbit:
template<typename any> inline typename std::enable_if<std::is_unsigned<any>::value,any>::type lowbit(const any &x){ return x&-x; }
可以发现原来本来应该写 any 的位置变成了很长一串:首先由 typename 打头阵,指出后面是个类型而不是个普通类型,然后是个 enable_if,逗号左边是判别式,这里使用 std::is_unsigned 进行判别,但是 is_unsigned 本质上也不是个函数没有返回值,就使用在里面 typedef 的 value 当成返回类型即可,也就是 any,逗号后面是这个函数真正的返回类型,这里直接使用 any 就行了,因为 std::enable_if 也不是个函数,只能使用在 std::enable_if 里 typedef 的 type 当成返回类型即可。至于其他部分和普通模板一模一样。
为了加深印象,我就放另外一个由 std::enable_if 实现的快读作为示范:
class fastIO { private: char ibuf[1000007], *p1 = ibuf, *p2 = ibuf, obuf[1000007], *p3 = obuf, sta[70]; int get() { return p1 == p2 && (p2 = (p1 = ibuf) + fread(ibuf, 1, 1000007, stdin), p1 == p2) ? EOF : *p1++; } void put(const char &x) { p3 - obuf < 1000007 ? *p3++ = (x) : (fwrite(obuf, p3 - obuf, 1, stdout), p3 = obuf, *p3++ = (x)); } public: int flush() { fwrite(obuf, p3 - obuf, 1, stdout); return 0; } fastIO &operator>>(char &t) { for (t = get(); isspace(t); t = get()) ; return *this; } fastIO &operator>>(char *t) { for (int c = get(); c != 10; c = get()) *t = c, t++; *t = 0; return *this; } fastIO &operator>>(std::string &t) { t.clear(); for (int c = get(); !isspace(c); c = get()) t.push_back(c); return *this; } template <typename any> typename std::enable_if<std::is_signed<any>::value, fastIO>::type &operator>>(any &t) { t = 0; bool y = 0; int c = get(); for (; !isdigit(c); c = get()) if (c == 45) y = true; for (; isdigit(c); c = get()) t = t * 10 + (c ^ 48); if (y == 1) t = -t; return *this; } fastIO &operator>>(__int128_t &t) { t = 0; bool y = 0; int c = get(); for (; !isdigit(c); c = get()) if (c == 45) y = true; for (; isdigit(c); c = get()) t = t * 10 + (c ^ 48); if (y == 1) t = -t; return *this; } template <typename any> typename std::enable_if<std::is_unsigned<any>::value, fastIO>::type &operator>>(any &t) { t = 0; int c = get(); for (; !isdigit(c); c = get()) ; for (; isdigit(c); c = get()) t = t * 10 + (c ^ 48); return *this; } fastIO &operator>>(__uint128_t &t) { t = 0; int c = get(); for (; !isdigit(c); c = get()) ; for (; isdigit(c); c = get()) t = t * 10 + (c ^ 48); return *this; } fastIO &operator<<(const char &t) { put(t); return *this; } fastIO &operator<<(const char *t) { for (; *t; t++) put(*t); return *this; } fastIO &operator<<(const std::string &t) { for (const char &it : t) put(it); return *this; } template <typename any> typename std::enable_if<std::is_signed<any>::value, fastIO>::type &operator<<(any t) { if (!t) { put(48); return *this; } int len = 0; if (t < 0) t = -t, put(45); while (t) sta[len++] = t % 10 + 48, t /= 10; while (len--) put(sta[len]); return *this; } fastIO &operator<<(__int128_t t) { if (!t) { put(48); return *this; } int len = 0; if (t < 0) t = -t, put(45); while (t) sta[len++] = t % 10 + 48, t /= 10; while (len--) put(sta[len]); return *this; } template <typename any> typename std::enable_if<std::is_unsigned<any>::value, fastIO>::type &operator<<(any t) { if (!t) { put(48); return *this; } int len = 0; while (t) sta[len++] = t % 10 + 48, t /= 10; while (len--) put(sta[len]); return *this; } fastIO &operator<<(__uint128_t t) { if (!t) { put(48); return *this; } int len = 0; while (t) sta[len++] = t % 10 + 48, t /= 10; while (len--) put(sta[len]); return *this; } } fio; // 使用了 VScode 格式化,所以这个类的码风不同