【C++】16.模板[深蓝学院C++第14章]
一.函数模板
1.1 template关键字
template<typename T> void fun(T input){...}
函数模板不是函数
函数模板的声明与定义，声明可以多次、定义只能一次，
typename关键字可以替换为class，含义相同
函数模板中包含了两对参数：T是模板形参，input是函数形参
1.2 函数模板的显式实例化
fun<int>(3);//int是模板实参，3是函数实参
实例化会使得编译器产生相应的函数（函数模板并非函数，不能调用）
编译器的两阶段处理：
（1）模板语法检查
（2）模板实例化
模板必须在实例化时可见，翻译单元的一处定义原则
注意模板与内联函数的异同，inline是要在调用处展开，模板是要在翻译单元处可见完成实例化
1.3 函数模板的重载
1 template <typename T> 2 void fun(T input){ 3 std::cout << input << std::endl; 4 } 5 6 template <typename T,typename T2> 7 void fun(T input,T2 input2){ 8 std::cout << input << std::endl; 9 std::cout << input2 << std::endl; 10 }
1.4 模板实参的类型推导
如果函数模板在实例化时没有显式指定模板实参，那么系统会尝试进行推导
推导是根据表达式进行推断，规则与auto的类型推导相似
（1）函数形参是左值引用 / 指针：
-忽略表达式类型中的引用
-将表达式类型与函数形参模式匹配以确定模板实参
（2）函数形参是万能引用
– 如果实参表达式是右值，那么模板形参被推导为去掉引用的基本类型
– 如果实参表达式是左值，那么模板形参被推导为左值引用，触发引用折叠
（3）函数形参不包含引用
– 忽略表达式类型中的引用
– 忽略顶层 const
– 数组、函数转换成相应的指针类型
1.5 模板实参不能被推导得到
如果模板形参与函数形参无关，则无法推导
推导成功也可能因为存在歧义而无法使用
1.6 无法推导时的缺省模板实参
template <typename T = int>
void fun(乱七八糟的T)
可以为任意位置的模板形参指定缺省模板实参，注意与函数缺省实参的区别
1.7 显式指定部分模板实参
显式指定的模板实参必须从最左边开始，依次指定
模板形参的声明顺序会影响调用的灵活性
1.8 自动推导时的可能情况
函数形参无法匹配 —— SFINAE （替换失败并非错误）
模板与非模板同时匹配，匹配等级相同，此时选择非模板的版本
多个模板同时匹配，此时采用偏序关系确定选择 “ 最特殊 ” 的版本
1.9 函数模板的实例化控制
略
显式实例化定义： template void fun<int>(int) / template void fun(int)
显式实例化声明： extern template void fun<int>(int) / extern template void fun(int)
注意一处定义原则
注意实例化过程中的模板形参推导
1.10 函数模板的（完全）特化
特化：针对某种参数引入特别版的模板处理逻辑
注意与重载的区别
注意特化过程中的模板形参推导
避免使用模板特化
二.类模板与成员函数模板
2.1 template关键字引入模板
类模板的声明与定义——翻译单元的一处定义原则
成员函数只有在被调用时才会被实例化
类内类模板名称的简写，便利而已
类模板成员函数的定义，分为类内和类外，void B<T>::fun()
2.2 成员函数模板
类的成员函数模板：定义在类内部的函数模板 template <typename T> void B::fun()
类模板的成员函数模板
2.3 友元函数模板
声明一个函数模板为某个类（模板）的友元
2.4 类模板的实例化
template class namespace::ClassName<xxT>; //实例化类内所有成员函数
template void namespace::ClassName<xxT>::mf(); //指定实现类内的某个成员函数
与函数实例化很像
可以实例化整个类，或者类中的某个成员函数
2.5 类模板的特化
略
2.6 类模板的实参推导
略
三.Concepts
C++20引入的重要特性
模板的问题：没有对模板参数引入相应的限制，如参数是否可以正常工作、编译报错友好型较差
说白了就是缺少类似CSharp中的泛型约束
3.1 C++20中引入
编译器谓词，基于给定的输入，返回true或false
要求T是int或float
1 template <typename T> 2 concept IsAvail = std::is_same_v<T,int> || std::is_same_v<T,float>; 3 4 template <typename T> 5 requires IsAvail<T>//模板约束 6 void fun(T input){ 7 8 }
（1）与constrains（require从句）一起使用限制模板参数
（2）通常置于表示模板形参的尖括号后面进行限制
3.2 定义与使用
1 template <typename T> 2 concept AddAble = requires (T a,T b){a+b;}; 3 4 template <AddAble T> 5 auto fun(T x,T y){ 6 return x+y; 7 }
包含一个模板参数的Concept：
（1）使用require从句，事先定义好的requires表达式AddAble
（2）直接替换typename，template <IsAvail T> xxxxxx,很直观的约束
包含多个模板参数的Concept：
（1）用做类型constraint时，少传递一个参数，推导出的类型将作为首个参数
3.3 requires表达式
简单表达式：表明可以接收的操作
类型表达式：表明是一个有效的类型
复合表达式：表明操作的有效性，以及操作返回类型的特性
嵌套表达式：包含其它的限定表达式
注意区分requires从句与requires表达式：
requires从句，真正要用了
requires表达式，计算返回true或false
3.4 requires从句对重载解析的影响与特化版本的选取
略
四.模板相关内容
4.1 接收编译器常量/数值作为模板参数
template <int a> class Str;
template <typename T, T value> class Str;
(C++ 17) template <auto value> class Str;
(C++ 20) 接收字面值类对象与浮点数作为模板参数
4.2 接收模板作为模板参数
template <template<typename T> class C> class Str;
4.3 别名模板
可以使用using引入别名模板
（1）为模板本身引入别名
（2）为类模板的成员引入别名
（3）别名模板不支持特化，但可以基于类模板的特化引入别名，以实现类似特化的功能
4.4 变长模板
4.4.1 变长模板参数与参数包
形参包:
（1）类型... template <int... a>,可以接收fun<1,2,3>();
（2）typename... template <typename... a>,可以接收fun<int,double,char>()
（3）可以接收模板作为参数，
（4）其他略
4.4.2 sizeof...操作
获取形参包中参数个数，
sizeof...(T)会输出形参包中参数数量
4.4.3 变长模板参数的位置
略
4.5 包展开与折叠表达式
包展开，将...展开成具体的参数类型，用逗号分隔
4.6 完美转发与lambda表达式模板
为了解决在传入左值、右值时可能因为模板的类型推导给偏离原意，需要一种保真的类型转发方式
模板中的T&&是万能引用
完美转发：std::forward函数，自C++11引入
（1）通常与万能引用结合使用，
（2）同时处理传入参数是左值或右值的情形
1 #include <iostream> 2 #include <utility> 3 4 void g(int&){ 5 std::cout << "l-reference\n"; 6 } 7 void g(int&&){ 8 std::cout << "r-reference\n"; 9 } 10 11 template <typename T> 12 void fun(T&& input)//T&& 万能引用 13 { 14 std::cout << "Hello\n"; 15 g(std::forward<T>(input)); 16 } 17 18 int main(){ 19 20 int x = 3; 21 fun(x); 22 fun(3); 23 24 return 0; 25 }
Lambda表达式模板，自C++20引入
略
4.6 消除歧义与变量模板
略
浙公网安备 33010602011771号