面试题：C++可变参数模板与元编程深度结合

Question

基于C++可变参数模板和元编程技术，实现一个编译期的类型序列处理器。它能够在编译期对传入的类型序列进行复杂操作，例如：筛选出特定类型（如整数类型），并将这些类型组成一个新的类型序列，同时提供在运行时基于新类型序列进行对象创建和操作的接口。阐述设计思路并完成关键代码实现。

Answer 1

设计思路

1. 类型序列表示：使用可变参数模板来表示类型序列。
2. 编译期筛选：利用元编程技术，通过模板特化来筛选出特定类型（如整数类型）。
3. 新类型序列构建：将筛选出的类型组成新的类型序列。
4. 运行时接口：提供函数模板，根据新类型序列在运行时创建对象并进行操作。

关键代码实现

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <vector>

// 类型序列表示
template <typename... Ts>
struct TypeList {};

// 筛选整数类型的元函数
template <typename T, typename Enable = void>
struct IsIntegerType : std::false_type {};

template <typename T>
struct IsIntegerType<T, typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value>::type> : std::true_type {};

// 筛选出整数类型并组成新类型序列
template <typename... Ts>
struct FilterIntegerTypes;

template <>
struct FilterIntegerTypes<> {
    using type = TypeList<>;
};

template <typename T, typename... Ts>
struct FilterIntegerTypes<T, Ts...> {
    using next = FilterIntegerTypes<Ts...>;
    using type = typename std::conditional<
        IsIntegerType<T>::value,
        TypeList<T, typename next::type>,
        typename next::type
    >::type;
};

// 运行时对象创建和操作
template <typename T>
void operateOnObject(const T& obj) {
    std::cout << "Operating on object of type: " << typeid(obj).name() << std::endl;
}

template <typename... Ts>
void createAndOperate(const TypeList<Ts...>&) {
    std::vector<std::function<void()>> operations;
    // 这里简单示例创建并操作对象，实际应用可按需扩展
    (void)std::initializer_list<int>{(operations.emplace_back([&] { operateOnObject(Ts()); }), 0)...};
    for (const auto& op : operations) {
        op();
    }
}

int main() {
    using OriginalTypes = TypeList<int, float, double, char, long>;
    using FilteredTypes = typename FilterIntegerTypes<int, float, double, char, long>::type;
    createAndOperate(FilteredTypes());
    return 0;
}

代码说明

1. TypeList 用于表示类型序列。
2. IsIntegerType 元函数用于判断一个类型是否为整数类型。
3. FilterIntegerTypes 递归地筛选出整数类型并组成新的类型序列。
4. operateOnObject 函数用于对特定类型对象进行操作。
5. createAndOperate 函数根据类型序列在运行时创建对象并执行操作。
6. 在 main 函数中，定义原始类型序列，筛选出整数类型组成新序列，并基于新序列进行对象创建和操作。