函數模板

顯示實例化

區別定義與聲明

T是模板形參 int是模板實參?

inpunt是函數形參 3是函數實參

顯示實例化

模板必須實例化可見 翻譯單元一處定義原則

與內聯函數異同

引入原因：函數模板是為了編譯器兩個階段的處理 內聯函數是為了能在編譯期展開

模板實參的類型推導

推導原則

推導規則示例

1.

• 函數形參是左值引用/指針：
  • 忽略表達式類型中的引用
  • 將表達式類型與函數形參模式匹配以確定模板實參

2.萬能引用：函數模板的 T&&是萬能引用?

• 如果實參表達式是右值，那么模板形參被推導為去掉引用的基本類型
• 如果實參表達式是左值，那么模板形參被推導為左值引用，觸發引用折疊

引用折疊： 當有兩個引用相互綁定時，它們會被折疊成一個引用。在模板實例化期間，引用折疊規則被應用于模板參數。

3、

• 函數形參不包含引用
  • 忽略表達式類型中的引用
  • 忽略頂層const
  • 數組、函數轉換成相應的指針類型

無法推導的情況

• 模板實參并非總是能夠推導得到
  • 如果模板形參與函數形參無關，則無法推導
  • 即使相關，也不一定能進行推導，推導成功也可能存在因歧義而無法使用

即使相關，也不一定能進行推導，推導成功也可能存在因歧義而無法使用

• 在無法推導時，編譯器會選擇使用缺省模板實參
  • 可以為任意位置的模板形參指定缺省模板實參——注意與函數缺省實參的區別

但是缺省只能處理無法推導的情況 不能處理能推導但是有歧義的情況

模板缺省實參和函數缺省實參區別

函數缺省實參要從右向左設置。 模板可以不是

自動推導遇到的幾種情況

1.SPFINAE

函數模板中的替換失敗（Substitution Failure Is Not An Error，簡稱 SFINAE）是一種編譯器處理模板實例化失敗的機制。當嘗試實例化一個模板時，如果由于某些原因導致實例化失敗，編譯器并不會報錯，而是會嘗試使用備選的模板或者進行其他處理。

報錯：沒有匹配的函數 、忽視函數

重載函數 匹配失敗就會找其他模板實例化 忽略掉前一個

2.模板與非模板同時匹配，匹配等級相同，此時選擇非模板的版本

下面的代碼調用了非模板的fun函數

注意 是匹配等級相同的情況才會選擇非模板 如果不同?則會選擇更加完美的匹配

下面的代碼會調用模板fun

3.多個模板同時匹配，此時采用偏序關系確定選擇最特殊的版本

float更加特殊 所以匹配第二個fun

如果同樣特殊就會報錯

標準類型轉換模板

尾置返回類型與類型轉換

• 顯式實例化定義：template void fun(int)?/?template void fun(int)

• 顯式實例化聲明：extern template void fun(int)?/?extern template void fun(int)

• 注意一處定義原則
• 來源：stackoverflower

• 注意實例化過程中的模板形參推導

模板特化

函數模板的（完全）特化：

template<> void f(int)?/?template<> void f(int)

• 并不引入新的（同名）名稱，只是為某個模板針對特定模板實參提供優化算法

避免使用模板的特化

• 不參與重載解析，會產生反直覺的效果
• 通常可以用重載代替
• 一些不便于重載的情況：無法建立模板形參與函數形參的關聯

1.if constexpr解決

?

2.假函數解決

函數模板不能偏特化

C++20auto定義模板參數

類模板

成員函數只有在調用時才會被實例化

證明：程序無法編譯 但是去掉21行就能編譯

• 類內類模板名稱的簡寫

類模板成員函數類外定義

成員函數模板

類的成員函數模板

類模板的成員函數模板

類內定義

類外定義

友元函數模板

fun是個友元函數模板

類模板的靜態成員

成員對象只有類實例化的時候才會被實例化

static函數只有使用的時候才會實例化

C++11模板參數為友元

類模板的實例化

類模板的顯示實例化

類模板特化

完全特化

偏特化

C++17類模板的實參推導

B x(3)自動推導成B<int>

pair的自動推導

C++17之前的解決方法 函數模板推導

C++20新概念

• 模板的問題：沒有對模板參數引入相應的限制
  • 參數是否可以正常工作，通常需要閱讀代碼進行理解
  • 編譯報錯友好性較差(vector<int&>)

• （C++20）Concepts：編譯期謂詞，基于給定的輸入，返回true或false
  • 與constraints（require從句）一起使用時限制模板參數
  • 通常置于表示模板形參的尖括號后面進行限制

此處限制T是int和float

優點：報錯一目了然

Concept的定義與使用

• 1.包含一個模板參數的Concept
  • 使用requires從句
  • 直接替換typename

• 2.包含多個模板參數Concept
  • 用做類型constraint時，少傳遞一個參數，推導出的類型將作為首個參數

requires 表達式 (C++20 起) - cppreference.com? ?參考資料

• 簡單表達式：表明可以接收的操作
• 

• 類型表達式：表明是一個有效的類型

• requires從句所引入的限定具有偏序特性，系統會選擇限制最嚴格的版本

如下 C1更嚴格 編譯器選擇匹配C1

• 特化小技巧：在聲明中引入“A||B”進行限制，之后分別針對A與B引入特化

重載與模板

數值模板參數與模板模板參數

模板可以接受編譯器常量為模板參數

C++17auto value

·

C++20支持浮點數作為模板參數(clang 12不支持）

接受模板作為模板參數

C++17模板的模板考慮缺省實參

clang12支持有限

別名模板

• 為目標本身引入別名

• 為類模板的成員引入別名

• 別名模板不支持特化，但可以基于類模板的特化引入別名，以實現類似特化的功能
  • 注意與實參推導的關系

變長模板

變長模板(Variadic Template)

• 變長模板參數與參數包

形參包（parameter pack）是C++中用于處理可變數量參數的一種特性。形參包可以接受任意數量的模板參數，并在模板中進行處理。

形參包的基本語法是使用...來表示，可以用在函數模板、類模板以及別的模板上下文中。形參包的展開可以通過遞歸、折疊表達式（C++17引入）等方式進行。

接數值

接類型

帶可選名字的函數形參包

完美轉發

右值引用失效

使用萬能引用 T&&情況

還是失效 原因：右值引用是個左值

解決方法：轉發 forward

• （C++11）完美轉發：std::forward函數
  • 通常與萬能引用結合使用
  • 同時處理傳入參數是左值或右值的情形

包展開與折疊表達式

消除歧義

internal*p被編譯器解讀成乘法

• 使用typename與template消除歧義
  • 使用typename表示一個依賴名稱是類型而非靜態數據成員

使用template表示一個依賴名稱是模板

T::internal<A 會被編譯器視為小于號比較大小

使用template表示一個依賴名稱是模板

template與成員函數模板調用

internal被解讀為依賴obj <被解讀成小于號

解決方法

C++14變量模板

• （C++14）變量模板
  • template<typename T> T pi = (T)3.1415926;
  • 其他形式的變量模板

C++14 引入了變量模板（Variable Templates）的概念，它允許你定義參數化的變量，類似于函數模板允許你定義參數化的函數。變量模板提供了一種通用的方式來定義與類型相關的常量或變量，使得代碼更具有通用性和靈活性。

lambda模板表達式

// 使用 C++20 中的 lambda 模板auto genericLambda = []<typename T>(T x, T y) {return x + y;};