[C++]C++Primer Chapter 16

模板与泛型编程

16.1 定义模板

16.1.1 函数模板

一个函数模板就是一个公式，可用来生成针对特定类型的函数版本。

模板定义以关键字template开始，后跟一个模板参数列表（template parameter list），这是一个逗号分隔的一个或多个模板参数（template parameter）的列表，用小于号（<）和大于号（>）包围起来。

模板参数表示在类或函数定义中用到的类型或值。当使用模板时，我们（隐式地或显式地）指定模板实参（template argument），将其绑定到模板参数上。

实例化函数模板

当我们调用一个函数模板时，编译器（通常）用函数实参来为我们推断模板实参。

编译器用推断出的模板参数来为我们实例化（instantiate）一个特定版本的函数。当编译器实例化一个模板时，它使用实际的模板实参代替对应的模板参数来创建出模板的一个新“实例”。

模板类型参数

类型参数前必须使用关键字class或typename

非类型模板参数

非类型模板参数的模板实参必须是常量表达式。

除了定义类型参数，还可以在模板中定义非类型参数（nontype parameter）。一个非类型参数表示一个值而非一个类型。我们通过一个特定的类型名而非关键字class或typename来指定非类型参数。

当一个模板被实例化时，非类型参数被一个用户提供的或编译器推断出的值所代替。这些值必须是常量表达式（参见2.4.4节，第58页），从而允许编译器在编译时实例化模板。

例如，我们可以编写一个compare版本处理字符串字面常量。这种字面常量是const char的数组。由于不能拷贝一个数组，所以我们将自己的参数定义为数组的引用（参见6.2.4节，第195页）。由于我们希望能比较不同长度的字符串字面常量，因此为模板定义了两个非类型的参数。第一个模板参数表示第一个数组的长度，第二个参数表示第二个数组的长度

一个非类型参数可以是一个整型，或者是一个指向对象或函数类型的指针或（左值）引用。绑定到非类型整型参数的实参必须是一个常量表达式。绑定到指针或引用非类型参数的实参必须具有静态的生存期（参见第12章，第400页）。

inline和constexpr的函数模板

inline或constexpr说明符放在模板参数列表之后，返回类型之前

编写类型无关的代码

编写泛型代码的两个重要原则：

• 模板中的函数参数是const的引用。（支持不能拷贝的对象，处理大对象时效率更高）
• 函数体中的条件判断仅使用<比较运算。（降低对处理类型的要求）

模板编译

当编译器遇到一个模板定义时，它并不生成代码。只有当我们实例化出模板的一个特定版本时，编译器才会生成代码。

为了生成一个实例化版本，编译器需要掌握函数模板或类模板成员函数的定义。因此，与非模板代码不同，模板的头文件通常既包括声明也包括定义。

关键概念：模板和头文件

模板包含两种名字：

• 那些不依赖于模板参数的名字
• 那些依赖于模板参数的名字

当使用模板时，所有不依赖于模板参数的名字都必须是可见的，这是由模板的提供者来保证的。而且，模板的提供者必须保证，当模板被实例化时，模板的定义，包括类模板的成员的定义，也必须是可见的。

用来实例化模板的所有函数、类型以及与类型关联的运算符的声明都必须是可见的，这是由模板的用户来保证的。

通过组织良好的程序结构，恰当使用头文件，这些要求都很容易满足。模板的设计者应该提供一个头文件，包含模板定义以及在类模板或成员定义中用到的所有名字的声明。模板的用户必须包含模板的头文件，以及用来实例化模板的任何类型的头文件。

大多数编译错误在实例化期间报告