c++函数模板_Chapter15：模板（一）——概念、实参推断与非类型参数

一、什么是模板

一言以蔽之——模板就是用来偷懒的，如果一个函数的功能可以用在不同数据类型的参数上，那么就可以使用模板。

在C++中，数据的类型也可以通过参数来传递，在函数定义时可以不指明具体的数据类型，当发生函数调用时，编译器可以根据传入的实参自动推断数据类型。这就是类型的参数化。所谓函数模板，实际上是建立一个通用函数，它所用到的数据的类型（包括返回值类型、形参类型、局部变量类型）可以不具体指定，而是用一个虚拟的类型来代替（实际上是用一个标识符来占位），等发生函数调用时再根据传入的实参来逆推出真正的类型。这个通用函数就称为函数模板（Function Template）。

一个最简单的模板如下(想用指针也可以)：

template

总结一下，模板函数的语法：

template

typename用class也可以，但是最好不要，以免和类混淆。使用该函数的时候不需特地声明参数数据类型，在自己写的模板允许的范围内即可。

除了函数模板，类也可以使用模板，比如说下面的例子：

template

总结一下，模板类的语法：

template

上面仅仅是类的声明，如果类外定义成员函数，每个都要写上template

template

总结一下：模板类的成员函数的语法：

template

那么，如何使用模板来创建对象呢？

Point

也许有人会问：模板除了数据类型之外，是否可以在其他方面重载？答案是肯定的：

#include 

模板所支持的类型是宽泛的，没有限制的，我们可以使用任意类型来替换，这种编程方式称为泛型编程。

二、模板的实参推断

使用模板函数，虽然不像使用模板类那样需要显式声明数据类型，但是编译器会通过函数实参来确定模板实参，这个过程叫做模板实参推断。

P.S：通常情况下，普通函数（非模板函数），发生函数调用时会对实参的类型进行适当的转换，以适应形参的类型。这些转换包括：

• 算数转换：例如 int 转换为 float，char 转换为 int，double 转换为 int 等。
• 派生类向基类的转换：也就是向上转型。
• const 转换：也即将非 const 类型转换为 const 类型，例如将 char * 转换为 const char *。
• 数组或函数指针转换：如果函数形参不是引用类型，那么数组名会转换为数组指针，函数名也会转换为函数指针。
• 用户自定的类型转换。

但是对于模板函数，类型转换限制更多，仅能进行const转换和数组或函数指针转换。比如当函数形参是引用类型时，数组不会转换为指针。像下面这个例子：

template

如果这样调用它：

int 

那么，编译器不知道将T实例化为int[20]还是int[10]，导致调用失败。

程序员想自己掌握主动权的话，可以为函数模板显式指明实参，因为当类型参数的个数较多时，就会有个别的类型无法推断出来，这个时候就必须显式地指明实参。假设有这么个极端的例子：

template

func() 有两个类型参数，分别是 T1 和 T2，但是编译器只能从函数调用中推断出 T1 的类型来，不能推断出 T2 的类型来，所以这种调用是失败的，这个时候就必须显式地指明 T1、T2 的具体类型。

可以这么做：

func

显式指明的模板实参会按照从左到右的顺序与对应的模板参数匹配：第一个实参与第一个模板参数匹配，第二个实参与第二个模板参数匹配，以此类推。只有尾部（最右）的类型参数的实参可以省略，而且前提是它们可以从传递给函数的实参中推断出来。

对于上面的 func()，虽然只有 T2 的类型不能自动推断出来，但是由于它位于类型参数列表的尾部（最右），所以必须同时指明 T1 和 T2 的类型。对代码稍微做出修改：

template

由于 T2 的类型能够自动推断出来，并且它位于参数列表的尾部（最右），所以可以省略。

上面我们提到，函数模板仅能进行const 转换和数组或函数指针转换两种形式的类型转换，但是当我们显式地指明类型参数的实参（具体类型）时，就可以使用正常的类型转换（非模板函数可以使用的类型转换）了。

template

在第二种调用形式中，我们已经显式地指明了 T 的类型为 float，编译器不会再为「T 的类型到底是 int 还是 double」而纠结了，所以可以从容地使用正常的类型转换了。

三、模板的非类型参数

什么是非类型参数？非类型参数用来传递数据的值而不是类型，它和普通函数的形参一样，都需要知名具体的类型。类型参数和非类型参数都可以用在函数体或者类体中。当调用一个函数模板或者通过一个类模板创建对象时，非类型参数会被用户提供的、或者编译器推断出的值所取代。

前文我们写了数组交换的函数，为什么这个函数不能直接通过使用sizeof运算符来求数组的长度？因为数组作为函数参数传参时会自动转换为数组指针，但是sizeof只能通过数组名求得数组长度，不能通过数组指针求得数组长度。通过使用非类型参数可以把参数列表里面的len去掉：

template

T (&a)[N]表明a是一个引用，其引用的数据类型是T[N]，也即一个数组。

关于指针的解析，这篇说的很好：

只需一招，彻底攻克C语言指针，再复杂的指针都不怕​c.biancheng.net

那么我们用非类型参数来重写上面的Swap例子：

#include 

模板类中也可以使用非类型参数

#include 

然而非类型参数也有限制。首先非类型参数的类型不能随意指定，它受到了严格的限制，只能是一个整数，或者是一个指向对象或函数的指针或引用。

1. 当非类型参数是一个整数时，传递给它的实参，或者由编译器推导出的实参必须是一个常量表达式。举两个例子了解一下：

int 

在这两个例子中，传递给非类型参数的不是具体数值，而是变量，故报错。

2. 当非类型参数是一个指针（引用）时，绑定到该指针的实参必须具有静态的生存期；换句话说，实参必须存储在虚拟地址空间中的静态数据区。局部变量位于栈区，动态创建的对象位于堆区，它们都不能用作实参。也就是说，指针或引用，必须是常量（const）。

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