定义模板

函数模板

可以定义一个通用的函数模板，而不是为每个类型都定义一个新函数。

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。

compare 的模板版本可能像下面这样：

template <typename T>
int compare(const T &v1, const T &v2)
{if (v1 < v2) return -1;if (v2 < v1) return 1;return 0;
}

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

当使用模板时，我们（隐式地或显式地）指定模板实参，将其绑定到模板参数上。

compare 函数声明了一个名为 T 的类型参数。在 compare 中，我们用名字 T 表示一个类型。而 T 表示的实际类型则在编译时根据 compare 的使用情况来确定。

实例化函数模板

当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

可以将类型参数看作类型说明符，就像内置类型或类类型说明符一样使用。特别是，类型参数可以用来指定返回类型或函数的参数类型，以及在函数体内用于变量声明或类型换行：

// 正确：返回类型和参数类型相同
template <typename T> T foo(T* p)
{T tmp = *p;   // tmp 的类型将是指针p指向的类型// ...return tmp;
}

非类型模板参数

还可以在模板中定义非类型参数。
一个非类型参数表示一个值而非一个类型。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。

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。

在模板定义内，模板非类型参数是一个常量值。在需要常量表达式的地方，可以使用非类型参数，例如，指定数组大小。

inline 和 constexpr 的函数模板

函数模板可以声明为 inline 或 constexpr 的，如同非模板函数一样。
inline 或 constexpr 说明符放在模板参数列表之后，返回类型之前。

函数模板和类模板成员函数的定义通常放在头文件中。

通常编译器会在三个阶段报告错误。

• 第一个阶段是编译模板本身时。
• 第二个阶段是编译器遇到模板使用时。
• 第三个阶段是模板实例化时，只有这个阶段才能发现类型相关的错误。

类模板

类模板是用来生成类的蓝图的。

为了使用类模板，必须在模板名后的尖括号中提供额外信息——用来代替模板参数的模板实参列表。

定义类模板

类模板以关键字 template 开始，后跟模板参数列表。

在类模板（及其成员）的定义中，我们将模板参数当作替身，代替使用模板时用户需要提供的类型或值。

template <typename T> class <类名>
{
<类成员声明>
};

实例化类模板

使用类模板时，必须提供额外信息，这些额外信息是显式模板实参列表，它们绑定到模板参数。

模板参数

一个模板参数的名字也没有什么内在含义。
通常将类型参数命名为 T，但实际上可以使用任何名字。

template <typename Foo> Foo calc(const Foo&, const Foo& b)
{Foo tmp = a;    // tmp 的类型与参数和返回类型一样// ...return tmp;     // 返回类型和参数类型一样
}

模板参数与作用域

模板参数遵循普通的作用域规则。

一个模板参数名的可用范围是在其声明之后，至模板声明或定义结束之前。

在模板内不能重用模板参数名：

typedef double A;
template <typename A, typename B> void f(A a, B b)
{A tmp = a;   // tmp 的类型为模板参数A的类型，而非 doubledouble B;    // 错误：重声明模板参数B
}

模板声明

模板声明必须包含模板参数。

声明中的模板参数的名字不必与定义中相同。

一个给定模板的每个声明和定义必须由相同数量和种类（即，类型或非类型）的参数。

成员模板

一个类（无论是普通类还是类模板）可以包含本身是模板的成员函数。
这种成员被称为成员模板。成员模板不能是虚函数。

普通（非模板）类的成员模板

与任何其他模板相同，成员模板也是以模板参数列表开始的。

类模板的成员模板

对于类模板，也可以为其定义成员模板。在此情况下，类和成员各自有自己的、独立的模板参数。

与类模板的普通函数成员不同，成员模板是函数模板。
当在类模板外定义一个成员模板时，必须同时为类模板和成员模板提供模板参数列表。
类模板的参数列表在前，后跟成员自己的模板参数列表。

控制实例化

当模板被使用时才会进行实例化。意味着，相同的实例可能出现在多个对象文件中。
当两个或多个独立编译的源文件使用了相同的模板，并提供了相同的模板参数时，每个文件中就会有该模板的一个实例。

可以通过显式实例化来避免实例化相同模板的额外开销。

一个显式实例化有如下形式：

extern template declaration;    // 实例化声明
template declaration;           // 实例化定义

declaration 是一个类或函数声明，其中所有模板参数已被替换为模板实参。

模板实参推断

从函数实参来确定模板实参的过程被称为模板实参推断。

类型转换与模板类型参数

编译器通常不是对实参进行类型转换，而是生成一个新的模板实例。

在其他类型转换中，能在调用中应用于函数模板的包括如下两项。

• const 转换：可以将一个非 const 对象的引用（或指针）传递给一个 const 的引用（或指针）形参。
• 数组或函数指针转换：如果函数形参不是引用类型，则可以对数组或函数类型的实参应用正常的指针转换。一个数组实参可以转换为一个指向其首元素的指针。类似的，一个函数实参可以转换为一个该函数类型的指针。

其他类型转换，如算术转换、派生类向基类的转换以及用户定义的转换，都不能应用于函数模板。

使用相同模板参数类型的函数形参

一个模板类型参数可以用作对各函数形参的类型。
由于只允许有限的几种类型转换，因此传递给这些形参的实参必须具有相同的类型。
如果推断出的类型不匹配，则调用就是错误的。

正常类型转换应用于普通函数实参

函数模板可以有用普通类型定义的参数，即，不涉及模板类型参数的类型。

这个函数实参不进行特殊处理：它们正常转换为对应形参的类型。

函数模板显式实参

指定显式模板实参

// 编译器无法推断T1，它未出现在函数参数列表中
template <typename T1, typename T2, typename T3>
T1 sum(T2, T3);

每次调用 sum 时调用者都必须为 T1 提供一个显式模板实参。

显式模板实参在尖括号中给出，位于函数名之后，实参列表之前：

// T1 是显式指定的，T2和T3是从函数实参类型推断而来的
auto val3 = sum<long long>(i, lng);  // long long sum(int, long)

显式模板实参按由左至右的顺序与对应的模板参数匹配；第一个模板参数与第一个模板参数匹配，第二个实参与第二个参数匹配，依此类推。
只有尾部（最右）参数的显示模板实参才可以忽略，而且前提是它们可以从函数参数推断出来。

正常类型转换应用于显示指定的实参

对于用普通类型定义的函数参数，允许进行正常的类型转换，出于同样的原因，对于模板类型参数已经显式指定了的函数实参，也进行正常的类型转换。

long lng;
compare(lng, 1024);          // 错误：模板参数不匹配
compare<long>(lng, 1024);    // 正确：实例化 compare(long, long)
compare<int>(lng, 1024);     // 正确：实例化 compare(int, int)

函数指针和实参推断

当用一个函数模板初始化一个函数指针或为一个函数指针赋值时，编译器使用指针的类型来推断模板实参。

当参数是一个函数模板实例的地址时，程序上下文必须满足：对每个模板参数，能唯一确定其类型或值。

学习参考资料：

C++ 中文版 Primer   （第5版）