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重難點

1. 名稱分類與基本概念
知識點：

• 限定名（Qualified Name）：使用::或.顯式指定作用域的名稱（如std::vector）
• 非限定名（Unqualified Name）：不帶作用域限定的名稱（如vector）
• 依賴名（Dependent Name）：依賴于模板參數的名稱（如T::value_type）
• 非依賴名（Non-dependent Name）：不依賴模板參數的名稱（如int）

測試用例：

#include <iostream>
#include <vector>template<typename T>
void foo() {T::value_type x;  // 依賴名（T未實例化前無法確定是否合法）
}int main() {foo<std::vector<int>>();  // 實例化時檢查T::value_type合法性return 0;
}

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2. 依賴名與非依賴名的查找規則
知識點：

• 非限定名查找：
  • 普通查找（Ordinary Lookup）：在模板定義時查找所有可見的非依賴名
  • ADL（Argument-Dependent Lookup）：在模板實例化時查找關聯命名空間
• 限定名查找：
  • 直接在當前作用域鏈中查找，不觸發ADL

示例代碼：

namespace NS {struct S {};void bar(S) { std::cout << "NS::bar\n"; }
}template<typename T>
void baz(T t) {bar(t);  // 非限定名：普通查找+ADL
}int main() {NS::S s;baz(s);  // 調用NS::bar（通過ADL）return 0;
}

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3. 注入類名（Injected Class Name）
知識點：

• 類模板內部可以隱式使用類名作為模板名（無需<T>）
• 在派生類中可通過Base::Base訪問基類模板

示例代碼：

#include <iostream>// 基類模板 Base
template<typename T>
class Base {
public:// 定義一個類型別名 type，其類型為模板參數 Tusing type = T;
};// 派生類模板 Derived，繼承自 Base<T>
template<typename T>
class Derived : public Base<T> {
public:// 派生類的構造函數Derived() {// 顯式使用完整的基類模板實例化形式typename Base<T>::type x;// 為了讓代碼更完整，我們可以給 x 賦值并輸出x = static_cast<T>(10);std::cout << "Value of x: " << x << std::endl;}
};int main() {// 實例化 Derived 類模板，模板參數為 intDerived<int> d;return 0;
}    

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4. 友元模板（Friend Templates）
知識點：

• 友元可以是函數模板、類模板或成員模板
• 友元聲明需在類外定義時顯式指定模板參數

示例代碼：

template<typename T>
class MyClass {friend void helper<>(MyClass<T>&);  // 友元函數模板
};template<typename T>
void helper(MyClass<T>& obj) {obj.value = 42;
}int main() {MyClass<int> obj;helper(obj);return 0;
}

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5. 兩階段查找（Two-Phase Lookup）
知識點：

• 第一階段（定義時）：檢查非依賴名，忽略模板參數
• 第二階段（實例化時）：檢查依賴名，觸發ADL

常見陷阱示例：

template<typename T>
void foo() {bar();  // 第一階段查找bar，若未找到則報錯
}namespace NS {void bar() {}
}int main() {foo<NS::Bar>();  // 錯誤！第一階段未找到bar()return 0;
}

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6. 代碼測試與調試技巧
測試策略：

1. 分階段編譯：先編譯模板定義，再實例化觀察錯誤
2. 顯式實例化：通過template class MyClass<int>;強制實例化
3. 使用static_assert：在模板中添加靜態斷言驗證條件

示例測試代碼：

template<typename T>
class MyClass {static_assert(std::is_integral_v<T>, "T must be integral");
};int main() {MyClass<int> ok;       // 通過// MyClass<double> error;  // 編譯失敗（靜態斷言）return 0;
}

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多選題

題目1
關于依賴名稱的查找規則，以下哪些說法正確？
A. 非限定依賴名稱在第二階段通過ADL查找
B. 限定依賴名稱直接在第一階段查找
C. 成員模板中的依賴名稱自動視為模板
D. typename關鍵字只能用于非限定依賴名稱前

答案
A, C
詳解
A正確：非限定依賴名稱在第二階段通過ADL查找
C正確：成員模板中的依賴名稱需用template關鍵字顯式指明

題目2
關于ADL的適用場景，以下哪些是正確的？
A. 查找非成員函數時參數類型所屬的命名空間
B. 查找成員函數的基類鏈
C. 查找模板參數類型的嵌套類型
D. 查找全局作用域的函數

答案
A, C
詳解
A正確：ADL通過參數類型所屬命名空間查找函數
C正確：ADL會查找參數類型的嵌套類型

題目3
關于注入類名稱，以下哪些描述正確？
A. 在類模板內部可直接使用未限定類名
B. 注入名稱優先于外部同名函數
C. 可用于訪問基類的成員
D. 實例化后指向具體模板實例

答案
A, D
詳解
A正確：類模板內部可直接用MyClass代替MyClass<T>
D正確：注入名稱在實例化后指向具體實例類型

題目4
關于名稱查找階段，以下哪些正確？
A. 非依賴名稱僅在第一階段查找
B. 依賴名稱僅在第二階段查找
C. 友元聲明影響第二階段查找
D. using聲明影響第一階段查找

答案
A, D
詳解
A正確：非限定非依賴名稱在第一階段完成查找
D正確：using聲明會向第一階段作用域引入名稱

題目5
關于模板參數作用域，以下哪些正確？
A. 模板參數作用域從聲明處開始
B. 模板參數可隱藏外層作用域名稱
C. 類模板參數作用域包含成員定義
D. 函數模板參數作用域包含默認實參

答案
A, B, C
詳解
A正確：模板參數作用域起始于聲明處
B正確：模板參數會隱藏外層同名名稱
C正確：類模板參數作用域覆蓋成員定義

題目6
關于友元聲明的名稱查找，以下哪些正確？
A. 友元函數聲明影響普通名稱查找
B. 友元類聲明參與ADL查找
C. 顯式友元模板影響第二階段查找
D. 友元聲明必須在使用前可見

答案
B, C
詳解
B正確：友元類參與ADL查找路徑
C正確：顯式友元模板在第二階段被考慮

題目7
關于using聲明在模板中的作用，以下哪些正確？
A. 引入命名空間成員到模板作用域
B. 可用于解除名稱隱藏
C. 必須在模板定義體外聲明
D. 影響第一階段名稱查找

答案
A, B, D
詳解
A正確：using可將命名空間成員引入當前作用域
B正確：可解除外層同名名稱的隱藏
D正確：using聲明影響第一階段的普通查找

題目8
關于當前實例化的判斷，以下哪些情況成立？
A. 直接使用未限定的類模板名
B. 訪問成員模板的嵌套類型
C. 使用this->限定成員訪問
D. 通過typename限定依賴類型

答案
A, B
詳解
A正確：直接使用類模板名指向當前實例
B正確：成員模板的嵌套類型屬于當前實例

題目9
關于兩階段查找的例外，以下哪些正確？
A. 非類型模板參數的默認實參在第二階段處理
B. 虛函數表在第二階段初始化
C. 默認成員初始化器在第一階段處理
D. 異常規格不在兩階段處理范圍內

答案
C, D
詳解
C正確：默認成員初始化器在第一階段處理
D正確：異常規格不屬于兩階段處理范圍

題目10
關于模板特化與名稱查找的關系，以下哪些正確？
A. 顯式特化不影響第一階段查找
B. 偏特化參與第二階段ADL查找
C. 全局特化優先于隱式實例化
D. 特化中的名稱獨立于主模板作用域

答案
A, C
詳解
A正確：顯式特化僅在實例化時被選擇
C正確：顯式全局特化優先于隱式實例化

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設計題

題目1
設計一個模板類Logger，要求：

• 支持日志級別（DEBUG/INFO/WARNING）
• 使用ADL查找自定義日志處理器
• 提供默認處理器輸出到std::cout
• 測試用例需驗證ADL查找和默認行為

答案

#include <iostream>
#include <string>// 主模板
template<typename T>
class Logger {
public:void log(const std::string& msg) {handle_log(msg); // ADL查找自定義處理器}
};// 默認處理器（通過ADL查找）
void handle_log(const std::string& msg) {std::cout << "[DEFAULT] " << msg << std::endl;
}// 自定義處理器示例
namespace CustomLog {struct Handler {static void handle(const std::string& msg) {std::cerr << "[CUSTOM] " << msg << std::endl;}};// ADL輔助函數void handle_log(const std::string& msg) {Handler::handle(msg);}
}// 測試用例
int main() {Logger<int> logger1;logger1.log("Hello"); // 調用默認處理器Logger<CustomLog::Handler> logger2;logger2.log("World"); // 調用自定義處理器return 0;
}

題目2
實現一個依賴名稱查找的智能指針模板，要求：

• 支持自定義刪除器
• 刪除器通過依賴名稱查找
• 默認刪除器使用delete
• 測試用例需驗證自定義刪除器和默認行為

答案

template<typename T, typename Deleter = void>
class SmartPtr {T* ptr;
public:SmartPtr(T* p) : ptr(p) {}~SmartPtr() {delete_ptr(ptr); // 依賴名稱查找}private:// 依賴名稱：通過ADL查找Deleter::delete_ptrvoid delete_ptr(T* p) {Deleter::delete_ptr(p);}
};// 默認刪除器
struct DefaultDeleter {static void delete_ptr(void* p) {::delete static_cast<int*>(p);}
};// 自定義刪除器
struct FileDeleter {static void delete_ptr(FILE* p) {fclose(p);}
};// 測試用例
int main() {SmartPtr<int> ptr1(new int(42)); // 使用默認刪除器SmartPtr<FILE, FileDeleter> ptr2(fopen("test.txt", "w")); // 使用自定義刪除器return 0;
}

題目3
設計一個支持注入類名稱的模板元編程工具，要求：

• 提供類型特征檢測接口
• 注入類名稱簡化成員訪問
• 測試用例驗證注入名稱和普通成員訪問一致性

答案

template<typename T>
struct TypeTraits {// 注入類名稱簡化成員訪問using value_type = typename T::value_type;using iterator = typename T::iterator;static constexpr bool has_size = requires(T t) {{ t.size() } -> std::convertible_to<std::size_t>;};
};// 測試容器
template<typename T>
struct MyContainer {using value_type = T;using iterator = T*;std::size_t size() const { return 0; }
};// 測試用例
int main() {static_assert(TypeTraits<MyContainer<int>>::has_size);static_assert(std::is_same_v<TypeTraits<MyContainer<int>>::value_type, int>);return 0;
}

題目4
實現一個支持當前實例化的模板偏特化檢測器，要求：

• 判斷給定類型是否為當前實例化
• 使用this->限定成員訪問
• 測試用例驗證檢測邏輯

答案

template<typename T>
struct IsCurrentInstantiation {static constexpr bool value = false;
};template<typename T>
struct MyClass {template<typename U>struct Inner {static constexpr bool is_current = std::is_same_v<U, MyClass<T>::Inner>; // 當前實例化檢測};
};// 測試用例
int main() {MyClass<int>::Inner<double> inner;static_assert(inner.is_current);return 0;
}

題目5
設計一個結合ADL和模板參數作用域的工具，要求：

• 自動注冊類型到工廠類
• 使用ADL查找注冊函數
• 測試用例驗證多命名空間注冊

答案

#include <map>
#include <string>// 類型注冊工廠
template<typename Key>
class Registry {std::map<Key, std::string> registry;
public:template<typename T>void register_type(const std::string& name) {registry[name] = typeid(T).name(); // 依賴名稱查找}void list_types() const {for (const auto& [name, type] : registry) {std::cout << name << " -> " << type << std::endl;}}
};// ADL注冊函數
namespace NS1 {struct TypeA {};void register_type(Registry<TypeA>& reg, const std::string& name) {reg.register_type<TypeA>(name);}
}namespace NS2 {struct TypeB {};void register_type(Registry<TypeB>& reg, const std::string& name) {reg.register_type<TypeB>(name);}
}// 測試用例
int main() {Registry<TypeA> reg_a;NS1::register_type(reg_a, "TypeA");Registry<TypeB> reg_b;NS2::register_type(reg_b, "TypeB");reg_a.list_types();reg_b.list_types();return 0;
}

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測試用例執行說明

1. 編譯命令（使用C++17標準）：

   g++ -std=c++17 -o test test.cpp && ./test
   

2. 預期輸出：
   • 題目1輸出：

     [DEFAULT] Hello
     [CUSTOM] World
     

   • 題目2輸出（無輸出，程序正常退出）
   • 題目3輸出（無輸出，靜態斷言通過）
   • 題目4輸出（無輸出，靜態斷言通過）
   • 題目5輸出：

     TypeA -> St4TypeA
     TypeB -> St4TypeB
     

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設計要點說明

1. ADL機制：通過自定義命名空間和輔助函數實現日志處理器的動態選擇
2. 依賴名稱：delete_ptr方法通過依賴名稱查找實現自定義刪除邏輯
3. 注入類名稱：TypeTraits直接使用T::value_type簡化成員訪問
4. 當前實例化檢測：利用this->限定符實現模板偏特化的運行時檢測
5. 多命名空間注冊：通過ADL在不同命名空間中注冊類型到統一工廠

總結與學習路徑

1. 理解名稱分類：區分依賴/非依賴名、限定/非限定名
2. 掌握查找規則：普通查找 vs ADL，兩階段查找機制
3. 實踐友元與注入類名：通過代碼示例熟悉語法
4. 調試技巧：利用靜態斷言和分階段編譯定位問題

建議通過以下步驟鞏固知識：

1. 手動推導示例代碼的名稱查找過程
2. 編寫包含模板繼承和友元的復雜案例
3. 使用不同編譯器（如GCC/Clang）觀察錯誤信息差異

遇到具體問題時，可結合nm工具查看符號表，或使用-fdump-class-hierarchy等編譯器選項分析模板實例化結果。