面试题：C++派生新类在复杂模板元编程场景下的应用

Question

在一个复杂的模板元编程项目中，需要通过派生新类来实现特定的类型计算。假设有模板类TemplateBase，我们要通过继承派生新的模板类TemplateDerived，这个新类要满足在编译期根据不同模板参数进行不同类型计算的功能。请详细说明在派生新类的三个步骤中，如何结合模板元编程技术来实现该功能，包括模板参数的传递、基类与派生类模板成员的交互等方面。

Answer 1

1. 定义模板参数：
   • 在TemplateDerived类模板定义时，声明与TemplateBase相匹配或根据需求扩展的模板参数。例如，如果TemplateBase定义为template <typename T1, typename T2> class TemplateBase{...}，TemplateDerived可以定义为template <typename T1, typename T2, typename T3> class TemplateDerived : public TemplateBase<T1, T2>{...}，这里新增的T3参数可用于特定的类型计算。
   • 模板参数传递要确保TemplateDerived能正确接收并使用这些参数进行编译期计算。
2. 基类与派生类模板成员交互：
   • 派生类可以访问基类的模板成员。如果TemplateBase有模板成员函数template <typename U> void baseFunction(U u)，TemplateDerived可以在其成员函数中调用this->baseFunction<SomeType>(someObject)，其中SomeType和someObject是合适的类型和对象，这样能复用基类的部分功能。
   • 派生类也可以重写基类的模板成员函数。例如，TemplateBase有template <typename U> U baseCalculation(U u)，TemplateDerived可以定义template <typename U> U baseCalculation(U u) override {...}，在派生类中根据自身模板参数实现不同的计算逻辑。
3. 实现编译期类型计算：
   • 利用模板特化技术。例如，对于不同的模板参数T3，可以定义不同的模板特化版本。假设T3是一个整数类型，template <typename T1, typename T2, int N> class TemplateDerived : public TemplateBase<T1, T2>{...}，然后针对不同的N值定义特化版本，如template <typename T1, typename T2> class TemplateDerived<T1, T2, 0> : public TemplateBase<T1, T2>{...}，在不同特化版本中实现不同的类型计算。
   • 使用constexpr函数和if constexpr语句（C++17及以后）。在TemplateDerived的成员函数中，可以使用constexpr函数在编译期进行计算，if constexpr语句根据模板参数的值选择不同的计算分支。例如：

   template <typename T1, typename T2, typename T3>
   class TemplateDerived : public TemplateBase<T1, T2>{
   public:
       constexpr auto calculate() const {
           if constexpr (std::is_same_v<T3, int>) {
               // 针对T3为int的类型计算
               return someIntCalculation();
           } else if constexpr (std::is_same_v<T3, double>) {
               // 针对T3为double的类型计算
               return someDoubleCalculation();
           }
       }
   private:
       constexpr auto someIntCalculation() const {
           // 具体针对int的计算逻辑
           return 0;
       }
       constexpr auto someDoubleCalculation() const {
           // 具体针对double的计算逻辑
           return 0.0;
       }
   };