C++-Metaprogrammierung eine Einführung in die Präprozessor- und Template-Metaprogrammierung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Lemke, Jürgen (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin ; Heidelberg Springer Vieweg [2016]
Schriftenreihe:	Xpert.press
Schlagworte:	Metaprogrammierung C++ C++/CLI C++11 C-Präprozessor Schnittstellengenerierung Templates Computer science
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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG.............................................................................................................. 1 1.1 ZIEL UND ZWECK DES BUCHES ...................................................................... 2 1.2 VERGLEICH ZUR CODEGENERIERUNG AUSSERHALB VON C++.............. 2 1.3 SYNTAX DER VERWENDETEN BEISPIE^^............................................................ 3 LITERATUR.................................................................................................................. 8 TEIL I GRUNDLAGEN 2 C-PRAEPROZESSOR..................................................................................................... 11 2.1 EINBINDEN VON DATEIINHALTEN..................................................................... 12 2.2 EINFACHE M AKROS......................................................................................... 12 2.3 MAKROS MIT PARAMETERN.............................................................................. 13 2.4 MEHRZEILIGE M AKROS................................................................................... 15 2.5 U M W AE LU N G UND BEARBEITUNG VON ZEICHEEETTEN. . . . . . . . . . . . . . . 16 2.6 BEDINGTE ERSETZUNG .................................................................................... 17 2.7 ITERATIONEN MIT M AKROS............................................................................... 18 2.7.1 EINFACHE HORIZONTALE ITERATIONEN................................................. 18 2.7.2 ITERATIONEN MIT IN C LU D E .............................................................. 20 2.8 VARIADISCHE MAKROS.................................................................................... 21 2.8.1 E IN FU K N G IN VARIADISCHE M * S ............................................. 21 2.8.2 BESTIMMUNG DER ANZAHL DER ****** ARGUMENTE.. . . . . . . . 23 2.8.3 ITERATIONEN MIT VARIADISCHEN ARGUMENTEN.. . . . . . . . . . . . . . 27 2.8.4 LEERE PARAMETER IDENTIFIZIEREN.................................................... 29 2.9 R ECK EN MIT M * P A R A M E TE R N ................................................................. 30 2.9.1 B ASISM E OS ZUM IE M E N TIE R E N UND DEHEM ENTIEREN. . . . . 30 2.9.2 ADDITION UND SUBTRAKTION............................................................ 32 2.9.3 MULTIPLIKATION UND DIVISION........................................................ 34 2.9.4 BESTIMMUNG VON PRIMZAHLEN MIT M A H O S ................................. 36 2.10 COMPILER-DIREKTIVEN .................................................................................. 39 LITERATUR.................................................................................................................. 40 3 TEM PLATES............................................................................................................... 41 3.1 FUNKTIONSTEMPLATES..................................................................................... 42 3.1.1 D EKL^ATION ................................................................................... 42 3.1.2 NICHTTYP-PARAMETER...................................................................... 44 3.1.3 REIHENFOLGE DER TEMPLATEARGUMENTE ......................................... 45 3.1.4 UEBERLADUNG VON FUNKTIONSTEMPLATES.......................................... 45 3.1.5 V OLLSTAENDIGESPEZIALISIERUNGVONFUNKTIONSTEM PLATES...... 47 3.1.6 REKURSIVER AUFRUF VON FUNKTIONSTEMPLATES.. . . . . . . . . . . . . 48 3.1.7 INDIREKTE P R E L L E SPEZIALISE^ .............................................. 54 3.2 KLASSENTEMPLATES ........................................................................................ 58 3.2.1 DEKLARATION................................................................................... 58 3.2.2 NICHTTYP-PARAMETER...................................................................... 59 3.2.3 S TANDDW ERTE FUER TEMPLATEARGUMENTE...................................... 60 3.2.4 VOLLSTAENDIGE SPEZIALISIERUNG VON OEASSENTEMPLATES.. . . . . . . 61 3.2.5 PARTIELLE SPEZIALISIERUNG VON KLASSENTEMPLATES.. . . . . . . . . . 61 3.2.6 REKURSIVER AUFRUF VON KLASSENTEMPLATES .................................. 63 3.2.7 D IEV E^N D U N G V O N E N U M ERATO REN .......................................... 64 3.2.8 STATISCHELF-BEDINGUNG UND SW 65 3.2.9 DERTHIS-ZEIGER............................................................................. 69 3.3 TEMPLATE TEMPLATE ARAM ETER .................................................................. 70 3.4 STRINGS ALS ARGUMENTE FUER T E M P LA TE P A N E TE R ........................................ 74 3.5 VARIADISCHE TEMPLATES IN C++11 .............................................................. 76 3.5.1 DEKLARATION................................................................................... 76 3.5.2 VARIADISCHE FUNKTIONSTEMPLATES................................................. 77 3.5.3 VARIADISCHE KLASSENTEMPLATES .................................................... 78 3.5.4 METAPROGRAMMIERUNG MIT VARIADISCHEN TEMPLATES. . . . . . . . 81 3.6 DAS SCHLUESSELWORT CONSTEXPR AB C++ 1 ................................................... 85 LITERATUR.................................................................................................................. 87 4 ERWEITERTE M ETAPROGRAM M IERUNG..................................................................... 89 4.1 T YPISTEN...................................................................................................... 89 4.1.1 DEFINITION VON TYPLISTEN.............................................................. 89 4.1.2 ARBEITEN MIT TYPLISTEN................................................................. 93 4.2 TYPE-TRAITS.................................................................................................. 97 4.3 SFINAE................................................... 105 4.3.1 DAS SFINAE-PRINZIP ................................................ 105 4.3.2 DERSIZEOF-TRICK........................................................................... 107 4.3.3 GRUPPIERUNG VON UEBERLADENEN MEMBERFUEIONEN.. . . . . . . . 113 4.3.4 TESTEN AUF SOFTWARE-UPDATES...................................................... 115 4.4 WEITERE TRAITS MIT SIZEOF............................................................................ 118 4.5 ASSERTION ZUR KOMPILATIONSZEIT................................................................. 119 4.6 UMGEHEN VON TIEFEN REKURSIONEN............................................................. 123 4.7 NEUE METAFUNKTIONEN DER STL IN C++11 (TYPE-TRAITS). . . . . . . . . . . 126 LITERATUR.................................................................................................................. 131 TEIL TECHMKEN UND ANWENDUNGSFAELLE 5 SICHERE SCHNITTSTELLEN (INTERFACES) .................................................................... 135 5.1 P IM E TE RU FU N G ZUR KOMPILATIONSZEIT................................................... 135 5.1.1 PRUEFEN VON NICHTTYP-TEMPLATEPIMETEM.. . . . . . . . . . . . . . 135 5.1.2 PRUEFEN VON TYP-PARAMETEM........................................................ 141 5.2 KONFIGURATIONSTEMPLATES............................................................................ 144 5.2.1 KONFIGURATION VARIABLER TYPEN ................................................... 145 5.2.2 KONFIGURATION VON VERAENDERLICHEN SCKITTSTELLEN.. . . . . . . . . 146 5.2.3 GENERIERUNG VON FABRIKKLASSEN .................................................. 148 LITERATUR.................................................................................................................. 155 6 C +I-M ETAPROGRAM M IERUNG FUER S TRU K TU REN .................................................... 157 6.1 E IN FU K N D ES BEISPIEL ZUR GENERIERUNG VON STRUKTUREN.. . . . . . . . . . . 157 6.2 GENERIEREN VON STRUKTUREN MIT MAKROS.................................................... 158 6.2.1 GENERIERUNG VON EINFACHEN STRUKTUREN ...................................... 158 6.2.2 ER EITERTE STATISCHE FUNKTIONEN ................................................. 161 6.2.3 VEREINFACHUNGEN MIT VARIADISCHEN MABOS. . . . . . . . . . . . . . 164 6.3 EINSATZVON TYPLISTEN....... ......._ .. 164 6.3.1 ANLEGEN DER TYPLISTE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 6.3.2 GENERIERUNG VON STRUKTUREN MITTELS TYPLISTEN .. .. 166 6.3.3 KONVERTIEREN VON TYPLISTEN ........................................................ 167 6.4 VERWALTUNGSKLASSEN FUER STRUKTUREN........................................................... 170 6.4.1 KLASSENGENERATOREN FUER T Y P L I S N ............................................... 170 6.4.2 BASISKLASSE FUER ALLE TYPLISTEN ..................................................... 172 6.4.3 ANGEPASSTE TYPEN FUER P ASSENGENEN 174 6.4.4 WEITERE OPTIMIERUNG DER STRUKTURDEFINITION. . . . . . 178 6.4.5 SERIALISIERUNG DER STRUKTUR.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 6.4.6 S P E Z IA LIS IE ^ G D E RV E _ LTU N G S ^ ^ .................................... 188 6.5 7IIGRIFF FLPMPNTP HPR ^ ^ K TR ............................................................ 189 6.5.1 ZUGRIFF UEBER INDEX ....................................................................... 189 6.5.2 ZUGRIFF UEBER SODEX ZUR KOMPILATOR ................................... 194 6.5.3 ZUGRIFF UEBER TYPNAMEN............................................................... 195 6.5.4 ZUWEISUNG MIT KOMMAOPERATOR. ..................... 197 6.6 KONVERTIEREN VON C++ NACH C++/CLI UND UMGEKEHRT. . . . . . . . . . . . 200 6.6.1 KONVERTIEREN DER TYPLISTE ........................................................... 202 6.6.2 GENERIEREN DER C++/CLI-STRUKTUR .............................................. 206 6.6.3 KOPIEREN DER DATEN VON C ++NACH C++/CLI UND UMGEKEHRT..................................................................................... 207 6.7 DOKUMENTATION DER GENERIERTEN STRUKTUREN .............................................. 212 6.7.1 VORBETRACHTUNGEN ........................................................................ 212 6.7.2 ERWEITERUNG DER VERWALTUNGSKLASSE UM DIE DOKUMENTATION ................................................ 214 6.7.3 DOKUMENTATION MIT TYPLISTEN ..................................................... 217 6.7.4 SCHREIBEN DER DOKUMENTATION FUER . . . 225 LITERATUR.................................................................................................................. 232 7 W EITERE ANWENDUNGSBEISPIELE FUER GENERIERTE STRUKTUREN.. . . . . . . . . . . . 233 7.1 ALLGEMEINE VORGEHENSWEISE..................................................................... 233 7.2 GENERIERUNG EINER DATENBANKSCHNITTSTELLE................................................ 234 7.2.1 VERWALTUNGSKLASSE ZUR DATENBANKANBINDUNG.. . . . . . . . . . . . 234 7.2.2 ANLEGEN EINER DATENBANKTABELLE................................................. 238 7.2.3 LESEN UND SCHREIBEN VON DATEN ................................................. 243 7.2.4 AUSBLICK AUF ERWEITERTE FUNKTIONALITAETEN................................... 248 7.3 GENERIERUNG EINER VISUALISIERUNG.............................................................. 250 7.3.1 GENERIERUNG VON GRAPHISCHEN DIALOGEN MIT WXWIDGETS.. . . . 250 7.3.2 GENERIERUNG VON GRAPHISCHEN DIALOGEN MIT QT.......... . 255 LITERATUR.................................................................................................................. 259 8 SICHERES RECHNEN MIT E INHEITEN........................................................................ 261 8.1 VORBETRACHTUNGEN....................................................................................... 261 8.2 EINHEITEN MIT TEMPLATES REALISIEREN.......................................................... 266 8.3 DAS SI-EINHEITENSYSTEM............................................................................. 269 8.4 VEREINFACHTE EINHEITENSYSTEME ................................................................. 277 8.4.1 DAS MKS-EINHEITENSYSTEM ......................................................... 277 8.4.2 EIN INGENIEUR-EINHEITENSYSTEM ................................................... 279 8.4.3 DAS ASTRONOMISCHE EINHEITENSYSTEM........................................... 281 8.5 KONVERTIERUNG ZWISCHEN DEN EINHEITENSYSTEMEN..................................... 284 8.6 EIN FLEXIBLES EINHEITENSYSTEM ................................................................... 285 8.6.1 DEFINITION DES FLEXIBLEN EINNEITENSYSTEMS ................................. 285 8.6.2 ADDITION SUBTRAKTION UND ZUWEISUNG.................................. 287 8.6.3 MULTIPLIKATION UND DIVISION .................................................. 293 8.6.4 POTENZ- UND WURZELFUNKTIONEN.............................................. 298 8.6.5 KONVERTIERUNG ZUM S I-E IEITEN SY STEM ............................... 300 LITERATUR.................................................................................................................. 303 9 SPEICHEROPTIMIERUNG M IT B ITFELDERN................................................................. 305 9.1 VORBETRACHTUNG........................................................................................... 305 9.2 BITFELDER MIT TEMPLATES REALISIEREN........................................................... 307 9.2.1 BITFELDER DEFINIEREN................................................................. 307 9.2.2 SPEICHERN DES BITFELDS................................................................. 308 9.2.3 LESEN DER ELEMENTE..................................................................... 310 9.2.4 SCHREIBEN DER ELEMENTE .............................................................. 313 9.2.5 LESEN UND SCHREIBEN EINES ZELTSTEMPELS IM BITFELD.. . . . . . . 316 9.2.6 WEITERE NUETZLICHE METHODEN FUER BITFELDER.. . . . . . . . . . . . . . 317 9.3 UMSETZUNG DER BITFELDER MIT TYPLISTEN.................................................... 317 9.3.1 ANLEGEN DER TYPLISTE.............................................................. 318 9.3.2 DEFINITION DES BITFELDS................................................................. 320 9.3.3 LESEN UND SCHREIBEN DER ELEMENTE ............................................ 321 9.4 UMSETZUNG DER BITFELDER MIT VARIADISCHEN TEMPLATES.. . . . . . . . . . . . 324 9.4.1 DEFINITION DES BITFELDS ................................................................ 324 9.4.2 LESEN UND SCHREIBEN DER ELEMENTE............................................ 325 9.5 M FE N VON GLEITKOMMAZAHLEN MIT BITFELDERN......................................... 327 L ITE RA TU R........................................................................................................... 330 10 METAPROGRAMMIERUNG MIT GLEITKOMMAZAHLEN. . . . 10.1 GLEITKOMMAARITHMETIK ZUR UEBERSETZUNGSZEIT. . 10.1.1 ERWEITERTE MATHEMATISCHE FUNKTIONEN. 10.1.2 VEKTOR- UND MATRIZENRECHNUNG...... 10.2 GLEITKOMMAZAHLEN ALS TEMPLATEARGUMENTE. . . 10.2.1 DEFINITION UND NORMALISIERUNG. . . . . . 10.2.2 REALISIERUNG DER GRUNDRECHENARTEN. . . 10.2.3 ERWEITERTE MATHEMATISCHE FUNKTIONEN 10.3 BRUCHRECHNUNG MIT TEMPLATEARGUMENTEN. . . . . 10.3.1 DEFINITION UND NOMALISIERUNG...... 10.3.2 REALISIERUNG DER GRUNDRECHENARTEN. . . 10.3.3 ERWEITERTE MATHEMATISCHE FUNKTIONEN. LITERATUR .......................................................................... 331 331 331 334 342 342 344 352 359 359 361 372 376 11 WEITERE BEISPIELE DER M ETAPROGRAM M IERUNG........................................ 377 11.1 BERECHNUNG VON PRIMZAHLEN ..................................................................... 377 11.1.1 BERECHNUNG VON KLEINEN PRIMZAHLEN ......................................... 377 11.1.2 O P TIM IE ^ G DES PRIMZAHLENTESTS............................................... 379 11.1.3 B ERECTONG VON GROSSEN PRIMZAHLEN .......................................... 382 11.2 BERECHNUNG DES OSTERDATUMS.................................................................... 385 LITERATUR.................................................................................................................. 386 STICHWORTVERZEICHNIS 387
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