diff --git a/CppTemplateTutorial.cpp b/CppTemplateTutorial.cpp index d300dc5..55275a9 100644 --- a/CppTemplateTutorial.cpp +++ b/CppTemplateTutorial.cpp @@ -1,7 +1,8 @@ #include "stdafx.h" #include +#include -#define WRONG_CODE_ENABLED 1 +#define WRONG_CODE_ENABLED 0 // 0. Basic Form namespace _0 @@ -92,6 +93,45 @@ namespace _1_2_2 // 1.3 Instanciating 2 namespace _1_3 { + template class A + { + public: + void foo() + { + } + }; + template class B {}; + template class C {}; + template ::*a)()> class D {}; + +#if WRONG_CODE_ENABLED + template class E {}; +#endif + + void foo() + { + A<5> a; + B<7, A<5>, nullptr> b; + C<&foo> c; + D<&A<3>::foo> d; +#if WRONG_CODE_ENABLED + int x = 3; + A b; +#endif + } + +#if WRONG_CODE_ENABLED + const char* s = "abc"; + template class S + { + }; + + void foo2() + { + S<"abc"> i; + } +#endif + template class ClassB { diff --git a/ReadMe.md b/ReadMe.md index 1b02cbb..9aa9a0d 100644 --- a/ReadMe.md +++ b/ReadMe.md @@ -1,4 +1,4 @@ - + # C++ Template 进阶指南 ## 0. 前言 @@ -13,11 +13,11 @@ C++之所以变成一门层次丰富、结构多变、语法繁冗的语言， 但是实际上C++模板远没有想象的那么复杂。我们只需要换一个视角：在C++03的时候，模板本身就可以独立成为一门“语言”。它有“值”，有“函数”，有“表达式”和“语句”。除了语法比较蹩脚外，它既没有指针也没有数组，更没有C++里面复杂的继承和多态。可以说，它要比C语言要简单的多。如果我们把模板当做是一门语言来学习，那只需要花费学习OO零头的时间即可掌握。按照这样的思路，可以说在各种模板书籍中出现的多数技巧，都可以被轻松理解。 -简单回顾一下模板的历史。87年的时候，泛型（Generic Programming）变被纳入了C++的考虑范畴，并直接导致了后来模板语法的产生。可以说模板语法一开始就是为了在C++中提供泛型机制。92年的时候，Alexandar Stepanov开始研究利用模板语法制作程序库，后来这一程序库发展成STL，并在93年被接纳入标准中。 +简单回顾一下模板的历史。87年的时候，泛型（Generic Programming）便被纳入了C++的考虑范畴，并直接导致了后来模板语法的产生。可以说模板语法一开始就是为了在C++中提供泛型机制。92年的时候，Alexander Stepanov开始研究利用模板语法制作程序库，后来这一程序库发展成STL，并在93年被接纳入标准中。 -此时不少人以为STL已经是C++模板的集大成之作，C++模板技止于此。但是在95年的《C++ Report》上，John Barton和Lee Nackman提出了一个矩阵乘法的模板示例。可以说元编程在那个时候开始被很多人所关注。自此篇文章发表之后，很多人大牛都开始对模板产生了浓厚的兴趣。其中对元编程技法贡献最大的当属Alexandrescu的《Modern C++ Design》及模板程序库Loki。这一2001年发表的图书间接地导致了模板元编程库的出现。书中所使用的Typelist等泛型组件，和Policy等设计方法令人耳目一新。但是因为全书用的是近乎Geek的手法来构造一切设施，因此使得此书阅读起来略有难度。 +此时不少人以为STL已经是C++模板的集大成之作，C++模板技止于此。但是在95年的《C++ Report》上，John Barton和Lee Nackman提出了一个矩阵乘法的模板示例。可以说元编程在那个时候开始被很多人所关注。自此篇文章发表之后，很多大牛都开始对模板产生了浓厚的兴趣。其中对元编程技法贡献最大的当属Alexandrescu的《Modern C++ Design》及模板程序库Loki。这一2001年发表的图书间接地导致了模板元编程库的出现。书中所使用的Typelist等泛型组件，和Policy等设计方法令人耳目一新。但是因为全书用的是近乎Geek的手法来构造一切设施，因此使得此书阅读起来略有难度。 -2002年出版的另一本书《C++ Templates》，可以说是在Template方面的集大成制作。它详细阐述了模板的语法、提供了和模板有关的语言细节信息，举了很多有代表性例子。但是对于模板新手来说，这本书细节如此丰富，让他们随随便便就打了退堂鼓缴械投降。 +2002年出版的另一本书《C++ Templates》，可以说是在Template方面的集大成之作。它详细阐述了模板的语法、提供了和模板有关的语言细节信息，举了很多有代表性例子。但是对于模板新手来说，这本书细节如此丰富，让他们随随便便就打了退堂鼓缴械投降。 本文的写作初衷，就是通过“编程语言”的视角，介绍一个简单、清晰的“模板语言”。我会尽可能的将模板的诸多要素连串起来，用一些简单的例子帮助读者学习这门“语言”，让读者在编写、阅读模板代码的时候，能像 `if(exp) { dosomething(); }`一样的信手拈来，让“模板元编程”技术成为读者牢固掌握、可举一反三的有用技能。 @@ -70,7 +70,7 @@ template class ClassA void foo(int a); ``` -`T`则可以类比为函数形参`a`，这里的“模板形参”`T`，也同函数形参一样取成任何你想要的名字；`typename`则类似于例子中函数参数类型`int`，它表示模板参数中的`T`将匹配一个类型。 +`T`则可以类比为函数形参`a`，这里的“模板形参”`T`，也同函数形参一样取成任何你想要的名字；`typename`则类似于例子中函数参数类型`int`，它表示模板参数中的`T`将匹配一个类型。除了 `typename` 之外，我们再后面还要讲到，整型也可以作为模板的参数。 在定义完模板参数之后，便可以定义你所需要的类。不过在定义类的时候，除了一般类可以使用的类型外，你还可以使用在模板参数中使用的类型 `T`。可以说，这个 `T`是模板的精髓，因为你可以通过指定模板实参，将T替换成你所需要的类型。 @@ -198,7 +198,7 @@ void vector::clear() 因此，在成员函数实现的时候，必须要提供模板参数。此外，为什么类型名不是`vector`而是`vector`呢？ 如果你了解过模板的偏特化与特化的语法，应该能看出，这里的vector在语法上类似于特化/偏特化。实际上，这里的函数定义也确实是成员函数的偏特化。特化和偏特化的概念，本文会在第二部分详细介绍。 -最终，正确的成员函数实现如下所示： +综上，正确的成员函数实现如下所示： ``` C++ template // 模板参数 @@ -364,8 +364,7 @@ float a = GetValue(0); // 出错了！ int b = GetValue(1); // 也出错了！ ``` -为什么会出错呢？你仔细想了想，原来编译器是没办法去根据返回值推断类型的。函数调用的时候，返回值被谁接受还不知道呢。 -如下修改后，就一切正常了： +为什么会出错呢？你仔细想了想，原来编译器是没办法去根据返回值推断类型的。函数调用的时候，返回值被谁接受还不知道呢。如下修改后，就一切正常了： ``` C++ float a = GetValue(0); @@ -374,14 +373,14 @@ int b = GetValue(1); 嗯，是不是so easy啊？嗯，你又信心满满的做了一个练习： -你要写一个模板函数叫 `c_style_cast`，顾名思义，执行的是C风格的转换。然后出于方便起见，你希望它能和 `static_cast` 这样的内置转换有同样的写法。 -于是你写了一个use case。 +你要写一个模板函数叫 `c_style_cast`，顾名思义，执行的是C风格的转换。然后出于方便起见，你希望它能和 `static_cast` 这样的内置转换有同样的写法。于是你写了一个use case。 ``` C++ DstT dest = c_style_cast(src); ``` 根据调用形式你知道了，有 `DstT` 和 `SrcT` 两个模板参数。参数只有一个， `src`，所以函数的形参当然是这么写了： `(SrcT src)`。实现也很简单， `(DstT)v`。 + 我们把手上得到的信息来拼一拼，就可以编写自己的函数模板了： ``` C++ @@ -400,8 +399,7 @@ float i = c_style_cast(v); error C2783: 'DstT _1_2_2::c_style_cast(SrcT)' : could not deduce template argument for 'DstT' ``` -然后你仔细的比较了一下，然后发现 … 模板参数有两个，而参数里面能得到的只有 `SrcT` 一个。结合出错信息看来关键在那个 `DstT` 上。 -这个时候，你死马当活马医，把模板参数写完整了： +然后你仔细的比较了一下，然后发现 … 模板参数有两个，而参数里面能得到的只有 `SrcT` 一个。结合出错信息看来关键在那个 `DstT` 上。这个时候，你死马当活马医，把模板参数写完整了： ``` C++ float i = c_style_cast(v); @@ -410,7 +408,8 @@ float i = c_style_cast(v); 嗯，很顺利的通过了。难道C++不能支持让参数推导一部分模板参数吗？ 当然是可以的。只不过在部分推导、部分指定的情况下，编译器对模版参数的顺序是有限制的：先写需要指定的模板参数，再把能推导出来的模板参数放在后面。 -在这个例子中，能推导出来的是 `SrcT`，需要指定的是 `DstT`。于是你把函数模板写成： + +在这个例子中，能推导出来的是 `SrcT`，需要指定的是 `DstT`。把函数模板写成下面这样就可以了： ``` C++ template DstT c_style_cast(SrcT v) // 模版参数 DstT 需要人肉指定，放前面。 @@ -422,13 +421,99 @@ int v = 0; float i = c_style_cast(v); // 形象地说，DstT会先把你指定的参数吃掉，剩下的就交给编译器从函数参数列表中推导啦。 ``` - ###1.3 整型也可是Template参数 -## 2. 模板世界的If-Then-Else：特化与偏特化 -###2.1 类模板的匹配规则：特化与部分特化 -###2.2 函数模板的重载、参数匹配、特化与部分特化 -###2.3 技巧单元：模板与继承 +模板参数除了类型外（包括基本类型、结构、类类型等），也可以是一个整型数（Integral Number）。这里的整型数比较宽泛，包括布尔、不同位数、有无符号的整型，甚至包括指针。我们将整型的模板参数和类型作为模板参数来做一个对比： + +``` C++ +template class TemplateWithType; +template class TemplateWithValue; +``` + +我想这个时候你也更能理解 `typename` 的意思了：它相当于是模板参数的“类型”，告诉你 `T` 是一个 `typename`。 + +按照C++ Template最初的想法，模板不就是为了提供一个类型安全、易于调试的宏吗？有类型就够了，为什么要引入整型参数呢？考虑宏，它除了代码替换，还有一个作用是作为常数出现。所以整型模板参数最基本的用途，也是定义一个常数。例如这段代码的作用： + +``` C++ +template struct Array +{ + T data[Size]; +}; + +Array arr; +``` + +便相当于下面这段代码： + +``` C++ +class IntArrayWithSize16 +{ + int data[16]; // int 替换了 T, 16 替换了 Size +}; + +IntArrayWithSize16 arr; +``` + +其中有一点要注意的是，因为模板的匹配是在编译的时候完成的，所以实例化模板的时候所使用的参数，也必须要在编译期就能确定。例如以下的例子编译器就会报错： + +``` C++ +template class A {}; + +void foo() +{ + int x = 3; + A<5> a; // 正确！ + A b; // error C2971: '_1_3::A' : template parameter 'i' : 'x' : a local variable cannot be used as a non-type argument +} +``` +因为x不是一个编译期常量，所以 `A` 就会告诉你，x是一个局部变量，不能作为一个模板参数出现。 + +嗯，这里我们再来写几个相对复杂的例子： + +``` C++ +template class A +{ +public: + void foo(int) + { + } +}; +template class B {}; +template class C {}; +template ::*a)(int)> class D {}; + +template int Add(int a) // 当然也能用于函数模板 +{ + return a + i; +} + +void foo() +{ + A<5> a; + B< + 7, A<5>, nullptr + > b; // 模板参数可以是一个无符号八位整数，可以是模板生成的类；可以是一个指针。 + C c; // 模板参数可以是一个bool类型的常量，甚至可以是一个函数指针。 + D<&A<3>::foo> d; // 丧心病狂啊！它还能是一个成员函数指针！ + int x = Add<3>(5); // x == 8。因为整型模板参数无法从函数参数获得，所以只能是手工指定啦。 +} + +template class E {}; // ERROR: 别闹！早说过只能是整数类型的啦！ +``` + +当然，除了单纯的用作常数之外，整型参数还有一些其它的用途。这些“其它”用途最重要的一点是让类型也可以像整数一样运算。《Modern C++ Design》给我们展示了很多这方面的例子。不过你不用急着去阅读那本天书，我们会在做好足够的知识铺垫后，让你轻松学会这些招数。 + +###1.4 模板形式与功能是统一的 + +第一章走马观花的带着大家复习了一下C++ Template的基本语法形式，也解释了包括 `typename` 在内，类/函数模板写法中各个语法元素的含义。形式是功能的外在体现，介绍它们也是为了让大家能理解到，模板之所以写成这种形式是有必要的，而不是语言的垃圾成分。 + +从下一章开始，我们便进入了更加复杂和丰富的世界：讨论模板的匹配规则。其中有令人望而生畏的特化与偏特化。但是，请相信我们在序言中所提到的：将模板作为一门语言来看待，它会变得有趣而简单。 + +## 2. 模板元编程基础 +###2.1 编程，元编程，模板元编程 +###2.2 模板世界的If-Then-Else：类模板的特化与偏特化 +###2.3 函数模板的重载、参数匹配、特化与部分特化 +###2.4 技巧单元：模板与继承 ## 3 拿起特化的武器，去写程序吧！ ###3.1 利用模板特化规则实现If-Then-Else与Switch-Case @@ -464,4 +549,4 @@ alexandrescu 关于 min max 的讨论：《再谈Min和Max》 ###7.4 Linq的C++实践 ###7.5 更高更快更强：从Linq到FP -## 8 结语：讨论有益，争端无用 \ No newline at end of file +## 8 结语：讨论有益，争端无用