元編程

元編程（Metaprogramming）是指某類計算機程序的編寫，這類計算機程序編寫或者操縱其餘程序（或者自身）做爲它們的數據，或者在運行時完成部分本應在編譯時完成的工做。不少狀況下與手工編寫所有代碼相比工做效率更高。編寫元程序的語言稱之爲元語言，被操做的語言稱之爲目標語言。一門語言同時也是自身的元語言的能力稱之爲反射。

反射是促進元編程的一種頗有價值的語言特性。把編程語言自身做爲頭等對象（如 Lisp或 Rebol）也頗有用。支持 泛型編程的語言也使用元編程能力。

元編程一般有兩種方式起做用。一種方式是經過 應用程序接口（API）來暴露運行時引擎的內部信息。另外一種方法是動態執行包含編程命令的字符串。所以，「程序能編寫程序」。雖然兩種方法都能用，但大多數方法主要靠其中一種。

 

一個簡單元編程的例子是使用bash腳本的 產生式編程示例：

#!/bin/bash

# metaprogram

echo '#!/bin/bash' >program

for ((I=1; I<=992; I++)) do

echo "echo $I" >>program

done

chmod +x program

這個腳本（或程序）生成了一個新的993行程序來打印1至992。這只是演示用代碼來寫更多代碼，並非打印數字的最有效方法。然而，一個程序員能夠幾分鐘內編寫和執行 元程序，卻生成了近1000行代碼。

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C++中也可使用模板來進行元編程（如下代碼在VC2008中編譯經過）：

#include<iostream>

using namespace std;

int Result;

//主模板

template<int N> //模板

class Fibonacci

{

public:

enum{Result = Fibonacci<N-1>::Result + Fibonacci<N-2>::Result };

//枚舉，帶有隱含計算

};

//徹底特化模板

template<>

class Fibonacci<1> //帶常參數1的 構造函數

{

public:

enum { Result = 1 };

//給枚舉賦初值1

};

//徹底特化模板

template<>

class Fibonacci<0> //帶參數0的模板

{

public:

enum { Result = 0 };

//給枚舉賦初值0

};

int main()

{

std::cout << "第20項的Fibonacci數是：" << Fibonacci<20>::Result << std:: endl;

//隱含計算

system("pause");

return 1;

}

該示例定義了一個 類模板，類中聲明瞭一個 枚舉類型，該程序的奧祕就在枚舉類型的構造上。從枚舉類型的構造能夠看出，他自身有一個樣俺的 迭代計算。兩個 構造函數爲枚舉類型初始化了數列的初始值，當調用「Fibonacci<20>::Reasult「時，就以這兩個初始值爲基礎進行 迭代。所以，程序在運行時並無顯示的計算，而是在編譯時就由 編譯器計算了。

當編譯器實例化Fibonacci<20>時，爲了給其enum Result賦值，編譯器須要對Fibonacci<19>和Fibonacci<18>進行實例化，以後同理······，當實例化到Fibonacci<1>和Fibonacci<0>的時候，徹底特化模板被實例化，至此迭代結束。

因此，該 程序編譯的結果僅包含一個 常量值，輸出以下：

第20項的 Fibonacci數是：6765

 

元編程是：關於程序的程序、操縱代碼的程序。

應用：編譯時計算、補充類型系統、基於模板的計算

優勢：加強代碼重用，編譯時計算，不佔用運行時cpu。

缺點：代碼可讀性較差，調試困難，編譯時間延長，侷限性（數值計算）

主要思想：利用模板特化機制實現編譯期條件選擇結構，利用遞歸模板實現編譯期循環結構，模板元程序則由編譯器在編譯期解釋執行。

模板元編程使用靜態c++語言成分，編程風格相似於函數式編程，其中不可使用變量、賦值語句和迭代結構等。

在模板元編程中，主要操做整形（包括布爾類型、字符類型、整數類型）常量和類型。被操縱的實體也稱爲元數據。全部元數據都可做爲模板參數。