主讲 李老师（John Lee） Meta Programming真是个可怕的东西,把觉得不可能实现的东西实现了。 编程就是编写计算机程序来编写或操作其它程序(或它自己)作为它们的数据，或者是在编译时而不是运行时干一部分工作。大多数情况下，在同一时间里程序员使用元编程比手写代码更有效率。 元编程非常奇妙。普通的编程，处理的是数据，而类型在编程时就定死了。元编程的处理对象，则是类型。很多时候，编程时定义某数据的类型，不一定是最佳，比如数组。 在普通的程序设计里，你必须给数组一个无条件的、明确的类型，比如uint16_t等等。但最终你可能发现，实际运行时，数组的每个数据都不超过uint8_t。以致于不同的类型要写类似的代码。也可能浪费了一半的存储。如果你很在乎节省那些存储，你可以在编完程序后，回头来把数组类型改成uint8_t。 做个宏定义 ？ 做个条件编译的宏？宏定义也是要“定义的”。 很多时候，数组的大小，不可能简单地知道。特别是这个数组的size，需要根据分布在各个模块中的其它数据或参数，综合计算得出。宏来做这件事，几乎无法达成。 然后应该怎么做?然后就是，元编程可以轻松的做到。 元数据怎么做？重点在于struct/class中的常量。 struct中可以定义静态常量和类型，这个是关键： struct A { static const bool value = ..... }; value可以不依赖A的对象，而只需要对A类访问就可以A::value。 类中的常量，是编译器记住常量值，而不需要实际的开销。 类中还可以定义类型，这个是元编程的重要支持。 我们来看一个元编程的if else。 在C++系统头文件中，有一个名为type_traits的文件里面有一个模板：conditional 前置定义是：
template<bool, typename, typename> struct conditional; 根据说明，conditional模板是根据第1个参数bool的值（true或false），来确定conditional中的type的类型。 如果bool 为 true，则type为第2个参数的类型，如果为false，则type为第3个参数的类型。 我们先说使用，比如，我们需要根据一个bool常量来定义一个数组，如果常量值为true，我们定义这个数组为uint8_t，否则定义为uint16_t： typename std::conditional<COND, uint8_t, uint16_t>::type array[20]; 这个就是定义array数组。cond为真，则是uint8_t array[20]。 实际使用远比这个复杂，太简单的情况也用不着mixin crtp等等。 这里要理解conditional的type，是怎么跟随bool参数变化的。 template<bool _Cond, typename _Iftrue, typename _Iffalse>
struct conditional
{ typedef _Iftrue type; };
// Partial specialization for false.
template<typename _Iftrue, typename _Iffalse>
struct conditional<false, _Iftrue, _Iffalse>
{ typedef _Iffalse type; }; 就这么几行。这里定义了“两个”conditional类模板。 第1个是普通的 template<bool _Cond, typename _Iftrue, typename _Iffalse> struct conditional { typedef _Iftrue type; }; 第1个在struct里直接定义了 type是_Iftrue。如果没有第2个conditional，那么我们永远只能得到一个固定的类型。 第2个conditional类模板定义，术语称为partial specialization，一般翻译为“偏特化”，就是部分特别处理。 // Partial specialization for false. template<typename _Iftrue, typename _Iffalse> struct conditional<false, _Iftrue, _Iffalse> { typedef _Iffalse type; }; 这个偏特化的类模板，固定了第1个参数bool为false，其余两个参数不变。 编译器就知道，如果程序里使用了conditional类模板，并且第1个参数为false的，就去匹配那个偏特化的版本。在这个版本的struct 里，定义了 type 类型为 _Iffalse，就是第3个参数的类型。 回到最开始的话题。C++可以根据一些条件（可以说就是类模板参数），来定义某类型。这离不开偏特化或全特化。 实际上，你看到的不同的类型，是分别属于不同特化版本的类模板。然而，对程序的使用来说，可以认为是透明的。就比如conditional类模板，如果你不去看type_traits文件，那么你可能根本不知道它具体是怎么实现的，你可能认为它就是“一个”类模板。 元编程就是通过提供了各种特化的类模板，每个模板中都有一个结果，来让程序不断地匹配，从而得到想要的结果。就是让编译器自己去选择合适的模板。这就是编译时计算。 你必须自己提供所有的结果，和达成这些结果的条件，编译器就会根据条件找到合适的结果。但是，程序中遇到数据，不只是常量。对于变量，模板不是很好用，需要一些辅助手段，把变量变换为常量，才能交给模板计算。 void foo(bool b) // b是输入的变量 { if (b) // 通过实际的语句判断变量值 // b 确定为 true，下面直接使用常量的true计算 conditional<true, ......... else // b 确定为 false, 下面直接使用常量的false计算
conditional<false, ....... } 类模板，通过给出的不同的模板参数，实例化成不同的类。元编程对变量不是很适用。处理常量非常好。但没有要求你在程序中只用元编程啊， 程序中可以把元编程和普通编程混合在一起。对常量就用元编程，对变量就用普通编程。一个程序如果全部是元编程的话，那么这个程序里没有变量。这种在实际应用中，基本没有。 元编程主要是为了解决程序中的常量运算，包括生成各种常量数据结构，也是非常合适的。最能说明问题的，是USB的配置描述符。我看目前好像都是人工在写描述符数据，使用元编程就可以自动生成。用户只要在类模板实例化时，提供一些“必要”的参数，像版本号，VID，PID等等。而描述符中的其它可计算数据，则完全可以由元编程来完成。比如描述符长度，个数等等，还有描述符中的各个ID。 其实，在描述符中，“必须”要用户给出的数据不多。而那些长度，id，interface从属关系，interface类别数据，endpoint 属性和方向等等，却比较繁杂，人工计算很容易出错。 看看这个例子，里面有多少描述符的影子： 在这里，你可以看到定义描述符所必须要用户给出的数据。这些数据是跑不掉的。 除此之外的其它数据，都通过元编程计算得出，并和用户给出的必要数据组合成了描述符。 描述符数据保存在类模板里，所以Get String Descriptor请求，都不必用户处理了，内部直接操作报告给host： Get Descriptor( Device, Configuration, String) 虽然简洁，但对于不习惯元编程的人来说，看起来确实有些晕。 要把用户逻辑尽量减少，在框架内包含尽量多的逻辑。但实例化后，还要尽量把必须的逻辑包含进程序，用不到的逻辑，尽量排除，还要保持最大的灵活性。 这个框架的灵活之处在于：
这里可以加入多个任意的 interface。这个的 interface 是 hid，我可以把 msc 的定义 interface 和 audio 定义的interface 都加在这里，这个 usb 设备就是一个复合设备了，同时具有 hid, msc, audio 功能。这个才是 mixin 的真正体现。 | 
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