像递归一样的函数模板调用

遇到一个蛮奇葩的问题:在 C++ 中如何不用循环和递归,打印从 1 至 N 的自然数?

想了想,用模板元编程可以解决——让编译器在编译期把该打印的东西都展开就好了。

直接上代码好了……

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#include <iostream>

template <int N>
void counting(std::ostream& os) {
counting<N - 1>(os); // *
os << N << std::endl;
}

template <>
void counting<1>(std::ostream& os) {
os << 1 << std::endl;
}

int main() {
const int N = 10;
counting<N>(std::cout);
return 0;
}

这里,(*) 处有类似递归的调用。但由于 counting 是函数模板,所以 counting<N> 调用的 counting<N - 1> 并非自身,因此不是递归。

编译器在实例化 counting<N> 的时候,由于它调用了 counting<N - 1>,所以在编译期会递归地实例化下去——直到遇见全特化的 counting<1> 为止。这段代码利用了编译器在编译期的递归替代运行期的递归,巧妙地绕过了原始问题的限制。

类似的手段也可以运用在类模板上。在 YTL 的 traits 库当中就有这样的运用。

不过要注意,既然是递归,就有可能爆栈。编译器递归实例化的深度是有限制的。clang 3.4 的默认限制是 256 层而 gcc 8.2 的默认限制是 900 层。超过这一限制会引发编译器 Fatal error 而编译失败。

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