模板实参演绎

一、什么是实参演绎

如果我们每次都必须显式的指明模板替换参数类型，例如concat<std::string, int>(s, 3)，那么过程将会显得非常繁琐。

如果我们可以concat(s, 3)//之前必须声明s是std::string类型，那么将会向普通的函数调用一样简单，

事实上，C++是允许这样的写法，然后C++编译器会根据实参（s和3）的类型推算出合适的替换类型。

如何演绎？

1 template<typename T>
2 T const& max(T const& a T const& b)
3 {
4     return a < b ? b : a;
5 }
6
7 int g = max(1, 1.0);

上面的演绎会失败，为什么？因为“函数模板对应的参数化类型T”只有一种，但是“调用实参类型”（1和1.0的类型为int型和double型），会导致演绎矛盾，所以失败。

另一种失败的情况是替换的类型导致一个无效的构造。如下:

 1 template<typename T>
 2 typename T::ElementT at(T const& a, int i)
 3 {
 4     return a[i];
 5 }
 6
 7 void f(int* p)
 8 {
 9     int g = at(p, 1);// 这里会演绎失败，因为T被演绎成T*，但是int*没有一个叫做ElementT的替换类型。
10 }

二、灵活的替换规则  

为了方便我们下面的说明，我们来约定

来自调用实参类型 的类型为匹配类型A

来自函数模板对应的参数化类型T 的类型为匹配类型P

（1）如果被声明的参数 是一个带引用的声明（T& 或 T const&），那么匹配类型P（就是T 或 T const）, A仍然是实参类型，不会忽略高层次的const和volatile限定符号。

（2）如果被声明的参数 是一个非引用的声明，P就是所声明的参数类型（比如T*）,A仍然是实参类型， 同时还会忽略高层次的const和volatile限定符号。

（3）如果被声明的参数 是一个非引用的声明，如果这个实参是数组或者是函数类型(函数指针),那么还会发生decay转换，转换为对应的指针类型，同时还会忽略高层次的const和volatile限定符号。

（4）实参7不能传递给int&

template<typename T> void f(T); //P是 T

template<typename T>void g(T&); //P是T

double x[20];

int const seven = 7;

f(x); //T被演绎成double*，decay转化
g(x);//T被演绎成double[20]
f(seven);//T被演绎成int，忽略了高层的const
g(seven);//T被演绎成int const，不会忽略
f(7);//T被演绎成int
g(7);//T被演绎成int，但是7不能传递给int&

（5）又一个坑：实参为字符串，那么演绎的结果T应该是字符串数组，不是字符串指针char*

template<typename T>
T const& max(T const& a, T const& b);

max("Apple", "Pear");“Apple”的类型是char const[6], “Pear”的类型是char const[5];而且不存在数组到指针的decay转型（因为演绎的参数是引用参数）。因此为了演绎成功，T就同时必须得是char[6]和char[5]。这显然是不可能的，所以产生错误。

三、练手

template<typename T>
void f1(T*);

template<typename E, int N>
void f2(E(&)[N]);

template<typename T1, typename T2, typename T3>
void f3(T1(T2::*)(T3*));

class S{
public:
    void f(double*);
};

void g(int ***ppp)
{
    bool b[42];
    f1(ppp); //演绎T为int***
    f2(b);     //演绎E为bool， N为42
    f3(&S::f); //演绎T1为void， T2为S，T3为double
}

演绎上下文的过程：匹配从最顶层开始，然后不断的递归各种组成元素。

然而有两类构造不能用于演绎上下文。

（1）受限的类型名称，Q<T>::X的类型名称不能用来演绎模板参数T

（2）除了非类型参数外，模板参数还包含其他的成分的非类型表达式，诸如S<I+1>,int(&)[sizeof(S<T>)]类型不能用来演绎I和T

为什么？因为演绎过程并不唯一（甚至不一定有限的情况内演绎完毕）。

template<int N>
class X{
public:
    typedef int I;
    void f(int){}
};

现在如果用 一个int 演绎typename X<N>::I ，那么是不成功的，为什么因为我可以有很多X<1>::i,X<2>::I, X<3>::I …… X<1000>::I，表示，所以C++禁止这种演绎。

template<int N>
void fppm(void (X<N>::*p)(typename X<N>::I));

int main()
{
    fppm(&X<33>::f);//可以演绎成功，N=33
}

在函数模板fppm（）中，子构造X<N>::I不是一个可以演绎的上下文，但是可以通过成员指针类型（X<N>::*p）的成员部分X<N>演绎上下文。

四、特殊情况的演绎

存在两种情况，其中演绎实参-参数对（A，P）并不是分别来自函数调用的实参，函数模板参数。

template<typename T>
void f(T, T);

void (*pf)(char, char) = &f;

(1)如上，第一种情况是取函数模板的地址的时候， A就是void(char, char), P就是void（T， T），

T被演绎成char，同时pf被初始化为“特化f<char>“的地址

------------------------我是华丽的分割线╮(￣▽￣")╭------------------------------------

class S{
public:
    template<typename T, int N> operator T[N]&(); //我是转型运算符，转换成T[N]类型
}；

void f(int(&)[20]); //参数的类型是20个元的数组

void g(S s)
{
    f(s);
}

我们试图把S转换成int(&)[20];因此类型A是int(&)[20], 类型P为T[N]，于是用int替换T,用20替换N。演绎类型就是成功的。

五、再谈灵活的替换规则

（1）对于模板参数-实参对（P, A），有两种情况下，P可以比A多一个const或volatile限定符。

①原来声明的参数是一个引用参数子，那么P类型可以比A类型多出一个const或volatile

②原来的声明参数是不是一个引用参数子没关系，A类型是指针或成员指针类型，那么P类型也可以比A类型多出一个const或volatile。

（2）当演绎过程不涉及转型运算符模板时，被替换的P类型可以是A类型的基类，或者是当A是指针类型时，P可以是一个指针类型，P指向的类型是A所指向类型的基类， 只有在不精确匹配情况下才会出现这中宽松匹配。

template<typename T>
class B{};

template<typename T>
class D:public B<T>{
};

template<typename T>
void f(B<T>*);

void g(D<long> dl)
{
    f(&dl); //成功，用long替换T
}

六、警告：类模板参数不能用于实参演绎

七、警告：函数模板的缺省实参不能用于实参演绎，即使实参不是依赖型的实参

template<typename T>
void f(T x = 42)
{}

int main()
{
   f<int>();  //正确，实例化
   f();//错误，不能用于实参演绎
}

八、一个小技巧 Barton-Nackman方法

当时这种方法被创建出来基于以下几个原因：

（1）当时函数模板不能被重载

（2）运算符==如果重载在类模板里面那么，根据上面的那些灵活的转换方式（指向基类，指向子类之云云），第一个实参（this指针指向），第二个实参的转型规则可能不一样。

现在定义一个模板类Object，那如果要定义这个类的operator ==，那么这个operator==不能定义在类内部（根据（2）），

也不能定义在全局或类之外的命名空间，如template<typename T> bool operator ==(Array<T> const& a, Array<T> const& b){……}，（根据（1））

Barton和Nackman将这个运算符作为类的普通友元函数定义在类的内部。如下

#include <iostream>
using namespace std;

template<typename T>
class Object{
    public:
    int a;
    Object(int n):a(n){}
    friend bool operator == (Object<T> const&lt, Object<T> const& rt)
    {
        return equal(lt, rt);    //根据参数类型调用重载的函数
    }
};

bool equal(Object<int> const& lt, Object<int> const& rt) //这是一个普通函数，可以被随便重载
{
    return lt.a == rt.a;
}

int main()
{
    Object<int> s(1);
    Object<int> s1(1);
    cout << (s == s1) << endl;
    return 0;
}

最后顺利编译通过，运行成功。

注：这些代码的运行环境都是在mingw下进行的，VS2013估计自己重新实现了模板名字查找，很多书上说名称找不到的情况，VS2013都找得到(-__-)b，所以为了更好的学习《C++Templates》转投MinGW，编辑器是codeblocks。

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