面试题：C++模板元编程与类型安全性

Question

C++的模板元编程可以在编译期进行复杂的计算和类型推导。请阐述如何利用模板元编程来增强类型安全性，例如实现编译期的类型检查，以确保特定类型的操作只在合适的类型上执行，并给出一个简单的代码示例。

Answer 1

利用模板元编程增强类型安全性的方法

1. 类型检查：通过模板特化和std::enable_if等工具，在编译期检查类型是否满足特定条件。如果类型不满足条件，编译将失败，从而确保类型安全。
2. 编译期计算：利用模板递归和模板特化在编译期执行计算，避免运行时开销，同时增强类型安全性。例如，在编译期计算数组大小，确保数组操作不会越界。

代码示例

#include <iostream>
#include <type_traits>

// 模板函数声明，使用std::enable_if进行类型检查
template <typename T, typename = std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>>>
void processIntegral(T value) {
    std::cout << "Processing integral value: " << value << std::endl;
}

int main() {
    processIntegral(10); // 合法调用，int是整数类型
    // processIntegral(3.14); // 非法调用，double不是整数类型，编译会失败
    return 0;
}

在上述代码中：

1. processIntegral模板函数使用std::enable_if进行类型检查。std::is_integral_v<T>用于判断T是否为整数类型。只有当T是整数类型时，std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>>才会是有效的类型，模板函数才会实例化。
2. 在main函数中，调用processIntegral(10)是合法的，因为10的类型是int，满足整数类型的条件。而调用processIntegral(3.14)会导致编译失败，因为3.14的类型是double，不满足整数类型的条件，从而实现了编译期的类型检查，增强了类型安全性。