目錄

• 定義函數(shù)模板
• 使用函數(shù)模板
• 兩階段翻譯 Two-Phase Translation
  • 模板的編譯和鏈接問題
• 多模板參數(shù)
  • 引入額外模板參數(shù)作為返回值類型
  • 讓編譯器自己找出返回值類型
  • 將返回值聲明為兩個(gè)模板參數(shù)的公共類型
• 默認(rèn)模板參數(shù)
• 重載函數(shù)模板
  • 重載時(shí)最好不要隨便改變模板參數(shù)個(gè)數(shù)，最好可以顯示的指定模板參數(shù)類型
  • 確保所有被重載的函數(shù)模板在使用時(shí)已經(jīng)被聲明定義

定義函數(shù)模板

template<typename?T>
T?max(T?a,T?b)?{
??return?b?}

使用函數(shù)模板

??std::cout?<7,42)?<std::endl;

??std::cout?<1.1,2.2)?<std::endl;

??std::cout?<"math","mathematics")?<std::endl;

模板不是被編譯成可以處理任何類型的單個(gè)函數(shù)。相反，編譯器會(huì)針對(duì)每一個(gè)使用該模板的類型生成對(duì)應(yīng)的函數(shù)。例如，max(7,42)的調(diào)用在語義上相當(dāng)于調(diào)用了：

int?max(int?a,int?b)?{
??return?b?}

double、string 同理。

將模板參數(shù)替換成具體參數(shù)類型的過程叫做instantiation，這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生一個(gè)instance of template。

兩階段翻譯 Two-Phase Translation

如果某一特定參數(shù)類型不支持模板內(nèi)的操作，那么編譯階段會(huì)報(bào)錯(cuò)，例如：

std::complex<float>?c1,c2;????????//不支持?max中的?
...
max(c1,c2);

模板會(huì)分成兩個(gè)階段進(jìn)行”編譯“：

在不進(jìn)行模板instantiation的definition time階段，此時(shí)會(huì)忽略模板參數(shù)，檢查如下方面：

• 語法錯(cuò)誤，包括缺失分號(hào)。
• 使用未定義參數(shù)。
• 如果 static assertion 不依賴模板參數(shù)，會(huì)檢查是否通過 static assertion.

在instantiation階段，會(huì)再次檢查模板里所有代碼的正確性，尤其是那些依賴模板參數(shù)的部分。

例如：

template<typename?T>void?foo(T?t)?{
??undeclared();?????????//?first-phase?compile-time?error?if?undeclared()?unknown

??undeclared(t);???????//?second-phase?compile-time?error?if?undeclared(T)?unknown

??static_assert(sizeof(int)?>?10,"int?too?small");??????//?first-phase?compile-time?error

??static_assert(sizeof(T)?>?10,?"T?too?small");????????//?second-phase?compile-time?error

}

模板的編譯和鏈接問題

大多數(shù)人會(huì)按照如下方式組織非模板代碼：

• 將類或者其他類型聲明放在頭文件(.hpp、.H、.h、.hh、.hxx)中。
• 將函數(shù)定義等放到一個(gè)單獨(dú)的編譯單元文件中(.cpp、.C、.c、.cc、.cxx)。

但是這種組織方式在包含模板的代碼中卻行不通，例如：頭文件：

//?myfirst.hpp
#ifndef?MYFIRST_HPP
#define?MYFIRST_HPP
//?declaration?of?template
template<typename?T>void?printTypeof?(T?const&);
#endif?//?MYFIRST_HPP

定義函數(shù)模板的文件：

//?myfirst.cpp
#include?
#include?
#include?"myfirst.hpp"
//?implementation/definition?of?template
template<typename?T>void?printTypeof?(T?const&?x)?{
??std::cout?<typeid(x).name()?<'\n';
}

在另一個(gè)文件中使用該模板：

//?myfirstmain.cpp
#include?"myfirst.hpp"
//?use?of?the?template
int?main()?{
??double?ice?=?3.0;
??printTypeof(ice);?//?call?function?template?for?type?double
}

在 c/c++中，當(dāng)編譯階段發(fā)現(xiàn)一個(gè)符號(hào)(printTypeof)沒有定義只有聲明時(shí)，編譯器會(huì)假設(shè)它的定義在其他文件中，所以編譯器會(huì)留一個(gè)”坑“給鏈接器 linker，讓它去填充真正的符號(hào)地址。

但是上面說過，模板是比較特殊的，需要在編譯階段進(jìn)行instantiation，即需要進(jìn)行模板參數(shù)類型推斷，實(shí)例化模板，當(dāng)然也就需要知道函數(shù)的定義。但是由于上面兩個(gè) cpp 文件都是單獨(dú)的編譯單元文件，所以當(dāng)編譯器編譯myfirstmain.cpp時(shí)，它沒有找到模板的定義，自然也就沒有instantiation。

解決辦法就是我們把模板的聲明和定義都放在一個(gè)頭文件。大家可以看一下自己環(huán)境下的 vector 等 STL 源文件，就是把類的聲明和定義都放在了一個(gè)文件中。

多模板參數(shù)

template<typename?T1,?typename?T2>
T1?max?(T1?a,?T2?b)?{
????return?b?}
...
auto?m?=?max(4,?7.2);???????//?注意：返回類型是第一個(gè)模板參數(shù)T1 的類型

但是問題正如注釋中說的，max 的返回值類型總是 T1。如果我們調(diào)用max(42, 66.66)，返回值則是 66。

一般有三個(gè)方法解決這個(gè)問題：

• 引入額外模板參數(shù)作為返回值類型
• 讓編譯器自己找出返回值類型
• 將返回值聲明為兩個(gè)模板參數(shù)的公共類型，比如 int 和 float，公共類型就是 float

引入額外模板參數(shù)作為返回值類型

在函數(shù)模板的參數(shù)類型推導(dǎo)過程中，一般我們不用顯式指定模板參數(shù)類型。但是當(dāng)模板參數(shù)不能根據(jù)傳遞的參數(shù)推導(dǎo)出來時(shí)，我們就需要顯式的指定模板參數(shù)類型。

template<typename?T1,?typename?T2,?typename?RT>
RT?max(T1?a,?T2?b);

RT 是不能根據(jù)函數(shù)的參數(shù)列表推導(dǎo)出來的，所以我們需要顯式的指定：

max<int,?double,?double>(4,?7.2);

或者我們改變模板參數(shù)列表順序，這種情況只需顯式的指定一個(gè)參數(shù)類型即可：

template<typename?RT?typename?T1,?typename?T2>??????//RT變?yōu)榈谝粋€(gè)模板參數(shù)
RT?max(T1?a,?T2?b);
...
max<double>(4,?7.2);

讓編譯器自己找出返回值類型

在 C++11 中，我們可以利用 auto 和 trailing return type 來讓編譯器找出返回值類型：

template?<typename?T1,?typename?T2>
auto?max(T1?a,?T2?b)?->?decltype(b??{return?b?}

decltype 后面的文章會(huì)講到，這里只需知道它可以獲取到表達(dá)式的類型。

我們可以寫的更簡(jiǎn)單點(diǎn)：

template?<typename?T1,?typename?T2>
auto?max(T1?a,?T2?b)?->?decltype(true???a?:?b)?{??????//?true???a?:?b
??return?b?}

關(guān)于?:返回值規(guī)則可以參考這個(gè)：[Conditional Operator: ? :]()

看到true ? a : b不要奇怪為什么是 true，這里的重點(diǎn)不是計(jì)算返回值，而是得到返回值類型。

在 C++14 中，我們可以省略 trailing return type：

template<typename?T1,?typename?T2>auto?max?(T1?a,?T2?b)?{
????return?b?}

將返回值聲明為兩個(gè)模板參數(shù)的公共類型

c++11 新特性std::common_type可以產(chǎn)生幾個(gè)不同類型的共同類型，其實(shí)核心意思跟上面說的差不多：

template?<typename?T1,?typename?T2>
typename?std::common_type::type?max(T1?a,?T2?b)?{return?b?}

在 c++14 中，可以更簡(jiǎn)單的寫：

template?<typename?T1,?typename?T2>
std::common_type_t?max(T1?a,?T2?b)?{
??return?b?}

這里使用_t后綴讓我們不用寫typename和::type。類似的還有_v，這個(gè)在 c++14 的type traits里很常見。

默認(rèn)模板參數(shù)

這個(gè)很像函數(shù)的默認(rèn)參數(shù)，直接看例子：

template?<typename?T1,?typename?T2,?typename?RT?=?std::common_type_t>
RT?max(T1?a,?T2?b)?{return?b?}auto?a?=?max(4,?7.2);auto?b?=?max<double,int,long?double>(7.2,?4);

正如第二個(gè)用法，如果我們想顯示的指明 RT 的類型，必須顯示的指出全部三個(gè)參數(shù)類型。但是與函數(shù)默認(rèn)參數(shù)不同的是，我們可以將默認(rèn)參數(shù)放到第一個(gè)位置：

template?<typename?RT?=?long,?typename?T1,?typename?T2>
RT?max(T1?a,?T2?b)?{
??return?b?}

int?i;
long?l;
…
max(i,?l);?????????????????????//?返回值類型是long?(RT?的默認(rèn)值)
max<int>(4,?42);??????//返回int，因?yàn)槠浔伙@式指定

重載函數(shù)模板

這個(gè)跟普通函數(shù)重載也類似：

//?maximum?of?two?int?values:
int?max(int?a,?int?b)?{
??return?b?}

//?maximum?of?two?values?of?any?type:
template?<typename?T>
T?max(T?a,?T?b)?{
??return?b?}

int?main()?{
??max(7,?42);?????????//?calls?the?nontemplate?for?two?ints
??max(7.0,?42.0);?????//?calls?max?(by?argument?deduction)
??max('a',?'b');??????//?calls?max?(by?argument?deduction)
??max<>(7,?42);???????//?calls?max?(by?argument?deduction)
??max<double>(7,?42);?//?calls?max?(no?argument?deduction)
??max('a',?42.7);?????//?calls?the?nontemplate?for?two?ints
}

這里需要解釋下最后一個(gè)max('a', 42.7)。因?yàn)樵谀０鍏?shù)類型推導(dǎo)過程中不允許類型自動(dòng)轉(zhuǎn)換，但是調(diào)用普通函數(shù)是允許的，所以這個(gè)會(huì)調(diào)用非模板函數(shù)。

ps. 由于函數(shù)模板重載，所以函數(shù)模板并不像類模板一樣可以進(jìn)行偏特化。

還有兩點(diǎn)關(guān)于重載的基本原則需要了解一下:

重載時(shí)最好不要隨便改變模板參數(shù)個(gè)數(shù)，最好可以顯示的指定模板參數(shù)類型

下面是段有問題的代碼：

//?maximum?of?two?values?of?any?type?(call-by-reference)
template?<typename?T>?T?const?&max(T?const?&a,?T?const?&b)?{
??return?b?}

//?maximum?of?two?C-strings?(call-by-value)
char?const?*max(char?const?*a,?char?const?*b)?{
??return?std::strcmp(b,?a)?0???a?:?b;
}

//?maximum?of?three?values?of?any?type?(call-by-reference)
template?<typename?T>?T?const?&max(T?const?&a,?T?const?&b,?T?const?&c)?{
??return?max(max(a,?b),?c);???????????//?error?if?max(a,b)?uses?call-by-value
}

int?main()?{
??auto?m1?=?max(7,?42,?68);?????????//?OK

??char?const?*s1?=?"frederic";
??char?const?*s2?=?"anica";
??char?const?*s3?=?"lucas";
??auto?m2?=?max(s1,?s2,?s3);?????????//?run-time?ERROR
}

問題出現(xiàn)在return max (max(a,b), c);，因?yàn)閏har const *max(char const *a, char const *b)的參數(shù)是按值傳遞，max(a,b)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指向已經(jīng)銷毀的棧幀地址，這會(huì)導(dǎo)致未定義行為。

確保所有被重載的函數(shù)模板在使用時(shí)已經(jīng)被聲明定義

//?maximum?of?two?values?of?any?type:
template?<typename?T>
T?max(T?a,?T?b)?{
??std::cout?<"max()\n";return?b?}//?maximum?of?three?values?of?any?type:template?<typename?T>T?max(T?a,?T?b,?T?c)?{return?max(max(a,?b),?c);
}//?maximum?of?two?int?values:int?max(int?a,?int?b)?{std::cout?<"max(int,int)?\n";return?b?}int?main()?{
??max(47,?11,?33);????//?max()
}

這點(diǎn)很好理解。

(完)

《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實(shí)踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的binarytreenode”使用 类 模板 需要 模板 参数列表_c++1117 模板核心知识（一）—— 函数模板...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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