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前言
經過前兩次經驗的積累，終於來到了麻煩的堆排序。在一開始接觸模板元編程的時候，我就期望有一天能夠寫出元編程堆排序的代碼。原因是看了知乎大佬的一篇文章《在簡歷上寫了“精通 C++”后……》。由於學識淺薄，感覺只能接觸到模板元編程這一部分，所以便開始了對模板元編程的研究。經過多次的學習研究，最終在今天完成了這一成就。但是時間花了三個小時左右，所以時間肯定是不能達標了，但是也算是一個比較奇特的經歷吧。
相比較於前兩種排序方式，堆排序需要交換操作，更多的判斷操作，隨機讀取等。這一些都不是模板元編程擅長的地方，但是幸運的是都是有辦法實現。
實現的一些小細節
Debug
前兩次實現的時候，運氣很好，結束的時候都沒有出現什么bug，但是這一次的比較麻煩，出現了比較嚴重的bug。但是由於限制，沒辦法進行很好的調試。於是通過編譯器的報錯機制，我寫了一個元編程的斷言。當輸入的flag為false時，便會報錯。
template<bool>
struct m_assert;
template<>
struct m_assert<true> {
typedef int result_type;
};
template<>
struct m_assert<false> {};
使用的時候在需要查看的類里面，放入一個類似的語句，然后將flag改成相應的條件，就可以得到調用棧了。
typename m_assert<m_or<begin != 0, T::size != 3>::result>::result_type non_data;
實現的方法也很簡單，就是區分true和false，當輸入為true時，結構體便有result_type類型，而false則沒有。此時如果使用其的result_type，便會產生報錯，以便觀察程序的調用。編譯輸出為：
但是這一種方法沒辦法打印當前調用的輸出，因此我又增加了一層：
template<bool flag, typename ...T>
struct m_assert_print{
typedef typename m_assert<flag>::result_type result_type;
};
使用方法也類似，如果需要打印當前調用的輸出，便將要打印的內容作為T輸入即可，譬如：
typename m_assert_print<m_or<begin != 0, T::size != 3>::result, result_type>::result_type non_data;
此時的編譯輸出為：
可以看到相比較之前的輸出，這一次的輸出多了一層，而在這一層里，包含了需要打印的內容。
惰性求值
我一開始一直以為C++是沒有實現惰性求值的，但是經過一系列的實驗，和查找資料，好像C++是存在一定的惰性求值的。譬如
template<>
struct m_assert<false> {};
template<bool flag, typename ...T>
struct m_assert_print{
typedef typename m_assert<flag>::result_type result_type;
};
template<bool flag>
struct ErrorType {
typedef typename m_assert<flag>::result_type result_type;
};
struct Test {
typedef typename m_if<true, ErrorType<true>, ErrorType<false>>::result_type::result_type result_type;
};
如果是沒有惰性求值的存在，這一段代碼是應該報錯的。因為在ErrorType<false>中引用了m_assert<fasle>::result_type。而在上一部分就提到過，應該是會必報錯的。
而對於另一個寫法
struct Test {
typedef typename m_if<true, ErrorType<true>::result_type, ErrorType<false>::result_type>::result_type result_type;
};
編譯期卻提示錯誤，甚至將ErrorType模板修改成
template<bool flag>
struct ErrorType {
typedef typename m_assert<flag>::result_type result1_type;
typedef int result_type;
};
編譯器也還是會報錯。
通過查閱資料總結的話，編譯期對於出現的模板並不會全部的具現化。但是如果使用了其中的類型，便會對其進行具現化[1]。因此，通過這個特性，是有辦法設計出一些惰性加載的類，但是由於當時並不知道，所以實現的時候采取了偏特化的方法，防止編譯時走向一些奇怪的方向。
簡單的來說，就是通過增加一個valid輸入，來判斷需不需要對這個支線進行下去。如果為fasle，則返回默認值，如果為true，則返回操作后的值，配合m_if，便可以得到想要的結果。
總結
總的來說，模板元編程是C++里面一個比較有趣的部分。由於其晦澀難懂，也成為了許多大佬秀操作的地方。但是隨着C++標准的完善，它的難度也在不斷的降低。在C++17的時候，大部分的函數都可以使用constexpr來修飾了，這讓模板元編程在值運算的時候失去了一部分函數式編程的特點。而C++20中的constraints和concepts，讓模板偏特化有了更大的活力。
源代碼：https://gist.github.com/ink19/9fdcca26e89655e8c1b80da56ee04c65
Ref
[1] https://www.jianshu.com/p/f2477d2c19ea
博客原文：https://www.cnblogs.com/ink19/p/cpp_template_heap_sort.html