面试题：C++ 函数重载在模板元编程结合下的应用技巧

Question

结合C++ 函数重载和模板元编程，实现一个编译期计算斐波那契数列的功能。要求通过函数重载来选择不同的计算策略（例如针对较小的数字使用递归，针对较大数字使用迭代优化），同时要利用模板元编程在编译期完成计算，最后解释这样做相较于普通运行时计算的优势以及在实际工程应用中的潜在场景。

Answer 1

代码实现

#include <iostream>

// 递归策略，针对较小数字
template <int N>
struct FibonacciRecursive {
    static const int value = FibonacciRecursive<N - 1>::value + FibonacciRecursive<N - 2>::value;
};

template <>
struct FibonacciRecursive<0> {
    static const int value = 0;
};

template <>
struct FibonacciRecursive<1> {
    static const int value = 1;
};

// 迭代策略，针对较大数字
template <int N, int a = 0, int b = 1>
struct FibonacciIterative {
    static const int value = FibonacciIterative<N - 1, b, a + b>::value;
};

template <int a, int b>
struct FibonacciIterative<0, a, b> {
    static const int value = a;
};

// 函数重载选择策略
template <int N>
typename std::enable_if<N < 10, int>::type
fibonacci() {
    return FibonacciRecursive<N>::value;
}

template <int N>
typename std::enable_if<N >= 10, int>::type
fibonacci() {
    return FibonacciIterative<N>::value;
}

解释

1. 函数重载与模板元编程结合：通过模板特化定义了递归和迭代两种计算斐波那契数列的方式。函数重载fibonacci函数，根据N的大小来选择不同的计算策略。std::enable_if用于在编译期根据条件选择不同的函数模板实例化。
2. 优势：
   • 性能提升：编译期计算完成后，运行时直接使用结果，避免了运行时的重复计算，提高了程序运行效率。
   • 安全性增强：由于计算在编译期完成，编译时就能发现计算过程中的错误，而不是在运行时，增强了程序的稳定性。
3. 实际工程应用场景：
   • 配置参数计算：在一些需要根据配置参数进行复杂计算的场景中，编译期计算可以在构建时就确定结果，避免运行时开销。
   • 代码生成：在代码生成工具中，编译期计算可以提前计算出一些固定的值，用于生成高效的代码。