模板元编程（Template Metaprogramming, TMP） 和 泛型编程（Generic Programming） 是 C++ 中两个相关但不同的概念。它们都依赖于 C++ 的模板机制，但解决的问题和使用方式有所不同。下面我们来详细解释它们的区别和联系。

1. 泛型编程（Generic Programming）

泛型编程是一种编程范式，旨在编写与具体数据类型无关的通用代码。通过使用模板，泛型编程可以实现代码的复用性和类型安全性。

特点：

• 目标：编写通用的、可重用的代码。
• 核心工具：C++ 模板（template）。
• 典型应用：STL（标准模板库）中的容器（如 std::vector）和算法（如 std::sort）。

示例：

template
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

int main() {
    std::cout << add(3, 4) << std::endl;       // 输出 7
    std::cout << add(3.5, 4.2) << std::endl;  // 输出 7.7
    return 0;
}

• 这里的 add 函数是一个泛型函数，可以用于任何支持 + 操作的类型。

2. 模板元编程（Template Metaprogramming, TMP）

模板元编程是一种利用 C++ 模板机制在编译期进行计算和代码生成的编程技术。它的核心思想是将计算从运行时转移到编译时，从而生成高效的代码。

特点：

• 目标：在编译期进行计算、类型操作和代码生成。
• 核心工具：C++ 模板特化、递归模板、类型萃取（type traits）等。
• 典型应用：编译期计算、类型推导、代码生成。

示例：

（1）编译期计算

template
struct Factorial {
    static const int value = N * Factorial::value;
};

template<>
struct Factorial<0> {
    static const int value = 1;
};

int main() {
    std::cout << Factorial<5>::value << std::endl; // 输出 120（5!）
    return 0;
}

• 这里的 Factorial 是一个模板元编程示例，它在编译期计算阶乘。

（2）类型萃取

#include 

template
void print_type() {
    if (std::is_integral::value) {
        std::cout << "Integral type" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Non-integral type" << std::endl;
    }
}

int main() {
    print_type();    // 输出 "Integral type"
    print_type(); // 输出 "Non-integral type"
    return 0;
}

• 这里使用了 std::is_integral 来检查类型是否为整数类型。

3. 模板元编程 vs 泛型编程

4. 模板元编程的实际应用

（1）编译期计算

• 计算斐波那契数列、阶乘等。
• 示例：

template
struct Fibonacci {
    static const int value = Fibonacci::value + Fibonacci::value;
};
template<> struct Fibonacci<0> { static const int value = 0; };
template<> struct Fibonacci<1> { static const int value = 1; };

int main() {
    std::cout << Fibonacci<10>::value << std::endl; // 输出 55
    return 0;
}

（2）类型萃取

• 检查类型特性（如是否为指针、是否为整数等）。
• 示例：

template
struct IsPointer {
    static const bool value = false;
};
template
struct IsPointer {
    static const bool value = true;
};

int main() {
    std::cout << IsPointer::value << std::endl; // 输出 1（true）
    std::cout << IsPointer::value << std::endl;  // 输出 0（false）
    return 0;
}

（3）代码生成

• 根据类型生成不同的代码。
• 示例：

template
void print(T value) {
    if constexpr (std::is_integral_v) {
        std::cout << "Integral: " << value << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Non-integral: " << value << std::endl;
    }
}

int main() {
    print(42);       // 输出 "Integral: 42"
    print(3.14);     // 输出 "Non-integral: 3.14"
    return 0;
}

5. 总结

• 泛型编程 关注的是编写通用的、可重用的代码，主要通过模板实现。
• 模板元编程 关注的是在编译期进行计算和代码生成，利用模板特化、递归等技术实现。
• 两者都依赖于 C++ 的模板机制，但解决的问题和使用方式不同。