Effective C++ 條款45：運用成員函數模板接受所有兼容類型

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核心思想：使用成員函數模板（member function templates）生成可接受兼容類型的函數，特別是泛型拷貝構造函數和賦值操作符，同時避免抑制編譯器生成的默認特殊成員函數。

?? 1. 智能指針的類型轉換問題

問題根源：

• 希望智能指針能模擬內置指針的隱式轉換（如派生類指針到基類指針）
• 模板實例化后不同模板參數生成的是不同類，無法直接轉換
• 需要為每種可能的兼容類型單獨編寫構造函數，不現實

錯誤示例：

template<typename T>
class SmartPtr {
public:explicit SmartPtr(T* realPtr); // 原始指針構造函數// 希望支持以下轉換，但無法實現：// SmartPtr<Base> = SmartPtr<Derived>// SmartPtr<const T> = SmartPtr<T>
};

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🚨 2. 成員函數模板解決方案

解決方案：

• 聲明成員函數模板（泛型拷貝構造函數）
• 使用類型約束確保安全轉換

優化實現：

template<typename T>
class SmartPtr {
public:template<typename U>SmartPtr(const SmartPtr<U>& other)  // 泛型拷貝構造: heldPtr(other.get()) { }     // 使用get()獲取原始指針T* get() const { return heldPtr; } // 獲取原始指針private:T* heldPtr; // 持有原始指針
};

類型安全約束：

• 添加編譯期類型檢查，確保U可隱式轉換為T

template<typename T>
class SmartPtr {
public:template<typename U, typename = std::enable_if_t<std::is_convertible_v<U*, T*>>>SmartPtr(const SmartPtr<U>& other): heldPtr(other.get()) { }// ...
};

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?? 3. 賦值操作與兼容性處理

問題場景：

• 需要支持不同類型的智能指針賦值
• 同時要避免編譯器自動生成默認拷貝操作

解決方案：

• 為賦值操作定義成員模板函數
• 顯式聲明普通拷貝操作以避免被模板隱藏

完整實現：

template<typename T>
class SmartPtr {
public:// 泛型拷貝構造template<typename U, typename = std::enable_if_t<std::is_convertible_v<U*, T*>>>SmartPtr(const SmartPtr<U>& other);// 顯式聲明普通拷貝構造和賦值（防止被模板隱藏）SmartPtr(const SmartPtr&); SmartPtr& operator=(const SmartPtr&);// 泛型賦值操作符template<typename U, typename = std::enable_if_t<std::is_convertible_v<U*, T*>>>SmartPtr& operator=(const SmartPtr<U>& other);// ... 其他成員 ...
};

注意事項：

• 成員函數模板不改變語言規則：拷貝構造函數不會阻止編譯器生成默認拷貝構造函數
• 若需要完全控制，可顯式定義或使用=default/=delete

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💡 關鍵設計原則

1. 使用成員函數模板實現泛型構造
   成員函數模板可生成接受任意兼容類型的構造函數和賦值函數

   template<typename T>
   class SharedPtr {
   public:template<typename Y>explicit SharedPtr(Y* p);  // 從任意類型指針構造template<typename Y>SharedPtr(const SharedPtr<Y>& r); // 兼容類型拷貝構造
   };
   

2. 添加類型轉換約束
   使用std::enable_if和類型特征確保安全轉換

   template<typename T>
   class SmartPtr {template<typename U, typename = std::enable_if_t<std::is_convertible_v<U*, T*>>>SmartPtr(const SmartPtr<U>&);
   };
   

3. 顯式聲明默認函數
   避免成員模板隱藏編譯器生成的默認函數

   template<typename T>
   class SmartPtr {
   public:// 顯式聲明拷貝操作SmartPtr(const SmartPtr&); SmartPtr& operator=(const SmartPtr&);// 成員模板構造函數...
   };
   

實戰：跨類型智能指針賦值

class Base { /*...*/ };
class Derived : public Base { /*...*/ };SmartPtr<Base> pBase(new Base);
SmartPtr<Derived> pDerived(new Derived);// 使用成員模板實現兼容類型賦值
pBase = pDerived;  // 正確：通過泛型賦值操作符// 錯誤示例：類型不兼容
SmartPtr<int> pInt(new int);
// pBase = pInt; // 編譯錯誤：類型約束阻止轉換

類型特征約束進階：

// 使用更精確的約束：派生關系
template<typename T>
class SmartPtr {template<typename U, typename = std::enable_if_t<std::is_base_of_v<T, U> || std::is_convertible_v<U*, T*>>>SmartPtr(const SmartPtr<U>&);
};

總結：成員函數模板允許類模板生成接受任意兼容類型的函數，是實現泛型拷貝構造和賦值操作的關鍵技術。通過添加編譯期類型約束（如std::enable_if和類型特征）確保轉換安全，同時顯式聲明默認拷貝操作以避免被模板隱藏。這一技術廣泛用于智能指針、迭代器等需要類型靈活性的場景，是編寫高級模板代碼的必備技能。