A study of C++ metaprogramming. A companion git repository can be found at: https://github.com/mitsutaka-takeda/metaprogramming_samples

1. METAPROGRAMMING IN
C++
MITSUTAKA TAKEDA
MITSUTAKA.TAKEDA@GMAIL.COM

2. TABLE OF CONTENTS
1. Metaprogrammingとは?
2. コンパイル時数値計算
2.1. 寄り道(C++14)
3. 今日の進め方
4. 次元解析(コンパイル時数値計算 & 型操作)
4.1. Murphy's law
5. 直列化コードの生成(Generative Programming)
5.1. Virtues of Programmer & Style
6. キーワード
7. 参考情報

3. 1 METAPROGRAMMINGとは?
"a program about a program"
プログラムを操作するコード。
コンパイル時数値計算
型操作
Generative Programming(コード生成)

4. 2 コンパイル時数値計算
2進数リテラルのシミュレーション。
template <unsigned long N>
struct binary {
static_assert((N%10 == 0) || (N%10 == 1), "N is not binary literal!");
// 再帰
static unsigned const value = binary<N/10>::value * 2 + N%10;
};
template <> // 特殊化。再帰の基底。
struct binary<0> {
static unsigned const value = 0;
};
static_assert(1 == binary<1>::value);
static_assert(3 == binary<11>::value);
static_assert(5 == binary<101>::value);
static_assert(7 == binary<111>::value);
static_assert(9 == binary<1001>::value);
// static_assert(9 == binary<9>::value); // 2進数でないのでコンパイル・エラー。

5. 2.1 寄り道(C++14)
// constexprでコンパイル時数値計算は楽に。
constexpr
auto binary(unsigned long n){
assert((n % 10 == 0) || (n % 10 == 1));
if(n == 0) return 0ul;
return binary(n/10) * 2 + (n % 10);
}
// バイナリ・リテラルをそもそもサポート。。。
static_assert(0b1 == binary(1)); // この形式のstatic_assertはC++1Zから。
static_assert(0b10001 == binary(10001));

6. 3 今日の進め方
エンジニアはコードで語る!
導入でモチベーションの話、その後コード・リーディング。

7. 4 次元解析(コンパイル時数値
計算 & 型操作)
バナナ + ゴリラ = ?
0バナナ？ 1バナナ&1ゴリラ？
バナナとゴリラは足せません!

8. 4.1 MURPHY'S LAW
Anything that can go wrong, will go wrong.
バナナとゴリラは足さないかもしれませんが。。。
double distanceFromStationToHo = ...;
double timeFromStationToHo = ...;
double distanceFromHoToLab = ...;
double timeFromHoToLab = ...;
// 平均の歩く速さを計算する。
double walkingSpeedAvg = distanceFromStationToHo + distanceFromHoToLab/timeFromHoToLab;
// 過去の歩く速さから分散と標準を計算。
recode.push_back(walkingSpeedAvg);
double avg = sum(recode)/recode.size();
double var = accumulate(recode, [avg](auto x) { return square(x - avg); })/recode.size();

9. 5 直列化コードの生成
(GENERATIVE PROGRAMMING)
ゴール: 構造体を定義し、その型をシリアライズ・デシリアライズす
るコードを生成する。
enum class msg_type_t : uint8_t {
request;
response;
};
struct header {
uint8_t magic_byte; // 質問。コイツは構造体のメンバ変数である必要はあるか？
uint8_t version; // プロトコル・バージョン。メンバ変数？
uint32_t length; // メッセージ・サイズ。
msg_type_t type; // メッセージ・タイプ。
};
// 上のユーザ型を定義すると同時に以下のような直列化コードを生成したい。
header h0 = read(buffer);// バッファ(バイト列)からheader型のオブジェクトを読み込む。
header h1 = ...;
write(buffer, h1); //header型オブジェクトをバイト列に変換しバッファへ書き込む。

10. 5.1 VIRTUES OF PROGRAMMER & STYLE
Laziness!
プログラマは怠け者。自分でコード書きたくない。
IDE駆動: コード補完、自動テンプレート実装
トライ&エラーのコストが低い
More Code & (Possibly) More Bugs
TextEditor駆動: シンキング & タイピング
正しい抽象化を見つけるのが難しい。(どのように関数を組み
立てたかに注目)
Less Code & (Possibly) Less Bugs
Productivity:
"I wrote N lines of code today."
Much greater productivity:
"I eliminated N lines of code today."
Leslie Lamport@ Programming Should Be More than Coding

11. 6 キーワード
Boost Fusion/Asio
Concept
Generative Programming
IIFE(Immediately-Invoked Function Expression)
SFINAE(Substitution Failure Is Not An Error)
constexpr

12. 7 参考情報