模板

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模板
 

模板是定义下列之一的 C++ 实体：

(C++11 起)
(C++14 起)
(C++20 起)

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，或仅对于函数和类 (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、变量 (C++14 起)和函数模板都允许全特化，只允许对类模板与变量模板 (C++14 起)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）

语法

template < 形参列表 > 声明 (1)
template < 形参列表 > requires-子句 声明 (2) (C++20 起)
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，函数或成员函数，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)或别名模板 (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 		- 见制约与概念 (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)
本节未完成
原因：核心语法，模板形参，以及实例化，带出 class_template 和 function_template 间的公共内容

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
  • 若 模板标识 非待决，则其关联制约得以满足，如下所述。
(C++20 起)

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)

若二个 模板标识

  • 其 模板名 指代同一模板，且
  • 其对应类型模板实参为同一类型，且
  • 其对应非类型模板实参在转换到模板形参的类型后模板实参等价，且
  • 其对应的模板模板实参指代同一模板。

相同的二个 模板标识 指代同一变量、 (C++14 起)类或函数。

模板化实体

模板化实体（某些资料称之为 "temploid"）是任何定义（或对于 lambda-表达式 为创建）于模板定义内的实体。下列所有实体都是模板化实体：

  • 类/函数/变量 (C++14 起)模板
(C++20 起)
  • 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。