模板

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模板是定义下列之一的 C++ 实体:

模板以一或多个模板形参参数化,形参有三种:类型模板形参、非类型模板形参和模板模板形参。

当提供了模板实参,或仅对于函数 (C++17 起)模板,当模板实参被推导出时,它们替换各模板形参,以获得模板的一个特化(specialization),即一个特定类型或一个特定函数左值。特化亦可显式提供:对类和函数模板都允许全特化,只允许对类模板部分特化

在要求完整对象类型的语境中引用某个类模板特化时,或在要求函数定义存在的语境中引用某个函数模板特化时,除非模板已经被显式特化或显式实例化,否则模板即被实例化(instantiate)(它的代码被实际编译)。类模板的实例化不会实例化其任何成员函数,除非它们也被使用。在连接时,不同翻译单元生成的相同实例被合并。

模板的定义必须在隐式实例化点可见,这就是为何模板库通常都在头文件中提供所有模板定义的原因(例如大多数 boost 库仅有头文件

[编辑] 语法

template < 形参列表 > requires-子句(C++20)(可选) 声明 (1)
export template < 形参列表 > 声明 (2) (C++11 前)
template < 形参列表 > concept 概念名 = 制约表达式 ; (3) (C++20 起)
声明 - 类(包括 struct 和 union)成员类或成员枚举类型函数成员函数,命名空间作用域的静态数据成员,变量或类作用域的静态数据成员 (C++14 起)别名模板 (C++11 起)的声明。它亦可定义模板特化
形参列表 - 非空的模板形参的逗号分隔列表,其中每项是非类型形参类型形参模板形参或任何这些的形参包之一。
概念名
制约表达式
- 制约与概念 (C++20 起)

export 是一个可选的修饰符,声明模板被导出(用于类模板时,它声明其所有成员也被导出)。对被导出模板进行实例化的文件不需要包含其定义:有声明就足够了。export 的实现稀少而且在细节上互不一致。

(C++11 前)

模板形参列表可以后随一个可选的 requires-子句,它指定各模板实参上的制约

(C++20 起)


[编辑] 模板标识

模板名 < 形参列表 >
模板名 - 或为指名模板的标识符(该情况下称之为 "简单模板标识" ),或为重载运算符模板或用户定义字面量模板的名字。

指名模板特化的 简单模板标识 指名一个类。

指名别名模版特化的 模板标识 指名一个类型。

指名函数模板特化的 模板标识 指名一个函数。

模板标识 仅当符合下列条件才合法

  • 实参数量不多于形参,或有形参是模板形参包,
  • 每个无默认模板实参的不可推导的非包形参都有一个实参,
  • 每个模板实参都与对应的模板形参相匹配,
  • 替换每个模板实参到其后续模板形参(若存在)中均成功,而且
  • (C++20)模板标识 非待决,则其关联制约得以满足,如下所述。

无效的 简单模板标识 是编译时错误,除非它指名的是函数模板特化(该情况下可适用 SFINAE)。

template<class T, T::type n = 0> class X;
struct S {
  using type = int;
};
using T1 = X<S, int, int>; // 错误:过多实参
using T2 = X<>;            // 错误:第一模板形参无默认实参
using T3 = X<1>;           // 错误:值 1 不匹配类型实参
using T4 = X<int>;         // 错误:第二模板形参替换失败
using T5 = X<S>;           // OK

如果在 简单模板标识 的模板名指名受制约的非函数模板或受制约的模板模板形参,但不是作为未知特化的成员的成员模板,而且 简单模板标识 中的所有模板实参均非待决,则必须满足受制约模板的各项关联制约:

template<typename T> concept C1 = sizeof(T) != sizeof(int);
 
template<C1 T> struct S1 { };
template<C1 T> using Ptr = T*;
 
S1<int>* p;                         // 错误:不满足制约
Ptr<int> p;                         // 错误:不满足制约
 
template<typename T>
struct S2 { Ptr<int> x; };          // 错误,不要求诊断
 
template<typename T>
struct S3 { Ptr<T> x; };            // OK:不要求满足
 
S3<int> x;                          // 错误:不满足制约
 
template<template<C1 T> class X>
struct S4 {
  X<int> x;                         // 错误,不要求诊断
};
 
template<typename T> concept C2 = sizeof(T) == 1;
 
template<C2 T> struct S { };
 
template struct S<char[2]>;         // 错误:不满足制约
template<> struct S<char[2]> { };   // 错误:不满足制约
(C++20 起)

[编辑] 模板化实体

模板化实体(某些资料称之为 "temploid")是任何在模板定义内定义(或对于 lambda-表达式 为其所创建)的实体。下列所有实体都是模板化实体:

  • 类/函数/变量模板
  • 模板化实体的成员(例如类模板的非模板成员函数)
  • 作为模板化实体的枚举的枚举项
  • 任何模板化实体中定义或创建的实体:局部类,局部变量,友元函数,等等
  • 模板化实体的声明中出现的 lambda 表达式的闭包类型

例如,以下模板中:

template<typename T> struct A { void f() {} };

函数 A::f 不是函数模板,但仍被当做是模板化的。