将C++移植到C# - 模板

Question

我正在将一个C++应用程序移植到C#，遇到了模板。我已经阅读了一些相关内容，了解到有些模板类似于.Net泛型。我阅读了这个SO答案，它很好地总结了这个问题。

然而，某些c++模板的用法似乎与泛型无直接关系。在维基百科模板元编程文章中的下面例子中，模板似乎接受一个值，而不是一个类型。我不太确定如何将其移植到C#？

template <int N>
struct Factorial 
{
    enum { value = N * Factorial<N - 1>::value };
};

template <>
struct Factorial<0> 
{
    enum { value = 1 };
};

// Factorial<4>::value == 24
// Factorial<0>::value == 1
void foo()
{
    int x = Factorial<4>::value; // == 24
    int y = Factorial<0>::value; // == 1
}

显然，对于这个例子，我可以这样做：

public int Factorial(int N){
    if(N == 0) return 1;
    return Factorial(N - 1);
}

但在我看来，这似乎是将代码重构为一个函数，而不是移植到语义相似的代码。

- Iain Sproat

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你为什么要在C#泛型中使用经典递归函数？尝试阅读这篇文章http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb549151.aspx，了解Func<T, TResult>的用法。 - nemke

问题很可能不在于将常量（与类型）作为模板参数，而在于类或函数的特化和部分特化是否在您的代码库中被使用。如果没有具体的示例，答案将需要比较宽泛，可能并不真正有用。我投票关闭此问题，出于这个原因，请随时添加关于您遇到转换问题的某些代码片段的具体问题。 - David Rodríguez - dribeas

在这个例子中，阶乘模板在编译时展开 - 因此在运行时实际上并没有做任何工作。OP想要将代码移植而不必将太多内容翻译成不同类型的C#调用 - 因此如果可能的话，他会更喜欢基于泛型的解决方案。不幸的是，这是不可能的。@David - 也非常好的观点。 - Andras Zoltan

顺便说一下，从语义上讲，递归函数和模板执行相同的操作，它们的区别在于实现：模板在编译时解析并扩展为常量，而等效的C#代码在运行时执行。无论如何，这可能是您现在可以做的最好的翻译。但这只是一个玩具示例... - David Rodríguez - dribeas

Answer 1

很遗憾，.Net泛型只能接受类型。C++模板可以接受被编译器视为常量表达式的其他值，因为它们实际上只是将代码扩展为更多代码的宏。

这意味着将代码转换为方法调用是最好的选择。您可以使方法调用返回具有.Value属性的类型（根据您的示例），从而使移植的代码类似于模板：

return Factorial(N-1).Value;

- Andras Zoltan

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另外一个要点是，C#和C++编译器在根本上是不同的，因为C++中充斥着允许在编译时编写代码的功能（宏和模板），而C#团队则故意避开了这一点——他们以可读性为理由。C#可能会越来越接近这一点，但它永远不会完全相同。 - Andras Zoltan

在C#中，泛型只是一种方便的方式，根据MSDN链接，所有事情都是动态完成的，所以你得到的只是编译时类型检查（这很好），而不是编译时计算（这就是你的例子在做什么）。 - MatiasFG

@MatiasFG - 正是这个意思 - 泛型是动态编译的，但其代码的类型检查是在泛型类型的编译时完成的。我确实想念在C#中没有模板功能，因为我在成为全职C#开发人员之前刚开始进行C++模板元编程 - 但是泛型本身非常酷，我很高兴我们有它们！ - Andras Zoltan

Answer 2

在下面的例子中... 模板似乎接受一个值，而不是类型。 这不是你最大的问题。实际上，从理论上讲，这可以通过使用基于嵌套泛型类型的Church numeral或Peano表示来在C＃中解决。 但是，你的问题在于C＃不允许模板特化。在你的例子中，模板特化负责定义0的阶乘为1，而不是与所有其他数字相同。 C＃不允许这样做。 因此，在递归模板（通用）定义中没有指定基本情况的方法，因此没有递归。 C＃泛型不是图灵完备的，而C ++模板是。

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¹这样的东西：

class Zero { }

class Successor<T> : Zero where T : Zero { }

// one:
Successor<Zero>
// two:
Successor<Successor<Zero>>
// etc.

对这些数字实施操作留给读者作为练习。

- Konrad Rudolph

Answer 3

请查看这篇文章，了解C#泛型和c++模板之间的区别：

我认为你的例子已经包含在其中。

MSDN链接

- Yochai Timmer

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谢谢，这不包括这种情况：“C#不允许非类型模板参数，例如template C<int i> {}。”。像我在上面的问题中所做的那样重构为一个函数，是移植这些模板的最佳方法吗？ - Iain Sproat

在上述情况下，重构成一个方法可能是最好的选择。但每种情况都需要根据具体情况处理。有时您可能希望/需要向类的构造函数提供一个值。 - Wes P

好消息是，C#不像C++那样需要编译时常量——例如在声明数组时——因此，在大多数情况下，运行时计算将产生预期的结果。 - David Rodríguez - dribeas

Answer 4

简而言之，C++模板所能实现的并非所有都可以通过C#泛型来实现。对于接受非类型值的模板，每种情况都需要基于实际情况进行处理和重构。

- Wes P

Answer 5

这是我能想到的最接近的：

public class Factorial<T>
    where T : IConvertible 
    {
        public T GetFactorial(T t)
        {
            int int32 = Convert.ToInt32(t);
            if (int32 == 0)
                return (T) Convert.ChangeType( 1, typeof(T));
            return GetFactorial( (T) Convert.ChangeType(int32-1, typeof(T)) );
        }
    }

问题在于你无法定义泛型并将其限制为 ValueTypes。这适用于 byte、Int16 和 Int32。也适用于较小的 Int64 值。

- Aliostad

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请注意，问题在于您无法限制为数字值。您可以对结构和IComparable设置一些约束，但这还远远不足以确定数字/非数字。 - Wes P