模板

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模板
 

模板是一个 C++ 实体，它定义以下其一：

(C++11 起)
(C++14 起)
(C++20 起)

模板以一个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，或当函数模板或类 (C++17 起)模板的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。特化也可以显式提供：对类、变量 (C++14 起)和函数模板都允许全特化，只允许对类模板和变量模板 (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 库只有头文件）

语法

template <形参列表 > requires子句 (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 = 约束表达式 ; (3) (C++20 起)
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。
requires子句 - (C++20 起) 指定了各模板实参上的约束的 requires子句。
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。它也可以定义模板特化。
概念名
约束表达式 		- 见约束与概念

export 是一个可选的修饰符，声明模板被导出（用于类模板时，它声明该类的所有成员也被导出）。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)
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 - 指名模板的标识符（这种情况下称之为 "简单模板标识"），或重载运算符模板或用户定义字面量模板的名字。

指名类模板特化的 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 只有在符合下列条件时才合法：

  • 实参数量不多于形参，或有一个形参是模板形参包，
  • 每个没有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（如果存在）中均成功，而且
  • 如果 模板标识 非待决，那么它关联得约束需要按下述要求得以满足。
(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（此时适用 SFINAE）。 

template<class T, T::type n = 0>
class X;
 
struct S
{
  using type = int;
};
 
using T1 = X<S, int, int>; // 错误：实参过多
using T2 = X<>;            // 错误：第一个模板形参没有默认实参
using T3 = X<1>;           // 错误：值 1 不匹配类型形参
using T4 = X<int>;         // 错误：第二个模板形参替换失败
using T5 = X<S>;           // OK

如果在 简单模板标识 的模板名指名受约束的非函数模板或受约束的模板模板形参，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，那么必须满足受约束模板的各项关联约束： 

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：不满足约束
Ptr<int> p;                      // 错误：不满足约束
 
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：不满足约束
 
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：不满足约束
template<> struct S<char[2]> {}; // 错误：不满足约束
 (C++20 起)

两个 模板标识 在满足下列条件时相同：

  • 它们的 模板名 指代同一模板，且
  • 它们对应的类型模板实参是同一类型，且
  • 它们对应的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
  • 它们对应的模板模板实参指代同一模板。

相同的两个 模板标识 指代同一个变量、 (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"）是在模板定义内定义（或对于 lambda 表达式 为创建） (C++11 起)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，在以下模板中： 

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

函数 A::f 不是函数模板，但它仍然会被当做是模板化的。


模板化函数 是函数模板或模板化的函数。

模板化类 是类模板或模板化的类。

模板化变量 是变量模板或模板化的变量。

(C++14 起)

缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告 应用于 出版时的行为 正确行为
CWG 2293 C++98 未提供判断 模板标识 是否合法的规则 已提供
CWG 2682 C++98
C++14 		缺失了模板化函数/模板化类（C++98）/模板化变量（C++14）的定义 已补充
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