Metaprogramação Estática

André KnabbenPricilla Padaratz

Metaprogramação

Envolve escrever programas relacionados pela meta-relação relação de “ser sobre”

Programas que manipulam e geram outros programas

Metaprogramação Estática

Metaprogramas estáticos são executados antes do código que eles manipulam em tempo de compilação

Compiladores e pré-processadores Open Compiler tornar a metaprogramação

mais acessível

Templates

Metaprogramação em C++ Classes e funções que operam com números

e/ou tipos como dados Recursão de templates Especialização de templates

Templates

Compilador executa operações codificam-se dados como tipos usa-se o compilador para interpretar metaprogramas

Templates Reutilizar código fonte X

Herança e Composição Reutilizar código de objetos

Classes

Implementação de templates genéricos com paramêtros de tipo

Compilador gera a classe de acordo com o tipo

Por exemplo:template<class T>class Fila { ...}

Fila<int>, Fila<Clientes>, etc.

Funções

Implementação de funções genéricas que podem ser usadas com tipos arbitrários

Compilador gera código de acordo com o tipo Rotinas de busca, rotinas de sort

Exemplo:template<class T>T max(T a, T b){return a > b ? a : b;}

Especialização

É possível definir especializações de templates para tipos específicos Especialização de classes e de funções

Exemplo:template<class T>class Lista { ... }

template<>class Lista<char> { ... }

O template Lista<char> é usado para definir Listas de caracteres; outras Listas serão geradas a partir do template base Lista<class T>

Especialização Parcial

Usada para gerar especializações de templates onde alguns parâmetros permanecem fixos e outros variam

Não são suportados por todos os compiladores– Suportado pelos GCC mais recentes– Suportado pelo compilador da Intel– Não suportado pelo Visual C++ 6.0

Exemplo

template<bool cond, class ThenType, class ElseType>struct IF {

typedef ThenType RET;};template<class ThenType, class ElseType>struct IF<false, ThenType, ElseType>{

typedef ElseType RET;};

Meios de prover informação sobre tipos

Definir um traits template para o tipo:Traits templates provêem informações sobre outros tipos

Colocar a informação diretamente como parte do tipo (member traits)

Criar uma classe com os traits (trait classes)

Promoção de tipos

Traits podem ser usados para promover tipos– X = Y + Z: resultado da operação + assume tipo de

acordo com algum critério (int + double => double) Exemplo de uso: classes matemáticas

Princípios de Codificação

Typedef: atribuição para tipo Enum: atribuição para valor Recursão de template: loop Operador ? : e especialização de template:

condicional

Uso de namespace e private/protected para ocultar operações intermediárias

Instantiation/Lazyness

Compilador instancia templates apenas quando necessário

Ex: template <class T> struct X { /*code */} typedef X<int> X_INT; // não X_INT *x; // não X_INT x; // sim

Instantiation/Lazyness

template <class T_>class Uma { typedef T_ Tipo; };

template <class T_>class Outra { typedef T_ Tipo; };

typedef IF<cond, Uma<int>::Tipo, Outra<bool>::Tipo>::RET TIPO1; // ruim

typedef IF<cond, Uma<int>, Outra<bool> >::RET::Tipo TIPO1; // bom

template class vector<int>; // instanciação explícita

Outros templates como parâmetro

template <class T>struct Base { /* code */ }

template < class ElementType, template<class>class ListType >struct ListUser{ typedef ListType<Proxy<ElementType> > MyList;};

Alternativa: Criar estrutura para passar um parâmetro template

struct UsarTipo1 { template <class Internal> struct UseType { typedef Tipo1<Internal> RET; }; };

template <class ListTypeTemplate>struct ListUser { typedef TipoTemplate::UseType<Proxy<int> >::RET MyList;

};

Expression Templates

Servem para otimizar/restringir o uso de expressões usando redefinição de operadores

M1 = (M2 + M3 + M4) * M5; Permite:

– Armazenar as operações a serem executadas e otimizar a expressão (incluindo as mesmas otimizações que o compilador faria);

– Adicionar restrições adicionais do domínio tratado.

Exemplo: Expression Templates

(4 * 3) + 10

Modelagem Lista

Modelagem Lista

Código

Compilando com o G++

In file included from lista.h:6, from lista.cpp:1: smp_inherit.h:39: parse error before `;' token

template <class ChildType> struct UseType { typedef typename Type<ChildType> RET; };

Problemas

Ferramentas/compiladores não estão preparadas para o uso intensivo de templates– Não há como verificar como o compilador está

instanciando os templates– Problemas com o debug– Mensagens de erro ruins– Recursos de autocompletar não funcionam

Ex. Mensagem do compilador

Z:\SMP\teste\src\main.cpp(66): error: no suitable constructor exists to convert from "LinkedNode<GenerateSubClass<int, LinkedNode, SubTypeList<DoublyLinkedNode, SubTypeList<LengthNode, EndTypeList>>>>::NodeType *" to "DoublyLinkedNode<GenerateSubCla

ssInternals::GenerateSubClass_<GenerateSubClassInternals::GenerateSubClass_<GenerateSubClass<int, LinkedNode, SubTypeList<DoublyLinkedNode, SubTypeList<LengthNode, EndTypeList>>>::Env={int}, LinkedNode<GenerateSubClass<int, LinkedNode,

SubTypeList<DoublyLinkedNode, SubTypeList<LengthNode, EndTypeList>>>>, SubTypeList<DoublyLinkedNode, SubTypeList<LengthNode, EndTypeList>>>::Env={GenerateSubClass<int, LinkedNode, SubTypeList<DoublyLinkedNode, SubTypeList<LengthNode, EndTy

peList>>>::Env={int}}, LinkedNode<GenerateSubClass<int, LinkedNode, SubTypeList<DoublyLinkedNode, SubTypeList<LengthNode, EndTypeList>>>>, SubTypeList<DoublyLinkedNode, SubTypeList<LengthNode, EndTypeList>>::Tail>::RET>"

*last = (x.next)->next->next;

Bibliografia

CZARNECKI, K., EISENECKER, U. Generative Programming: Methods, Techniques and Applications. Addison-Wesley, 2000.

C++ Templates Tutorial:http://babbage.cs.qc.edu/STL_Docs/templates.htm