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Reclarified 术语 模板类 和 类模板 的正确使用
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Ye Wu
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cd4232437e
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50
ReadMe.md
@ -17,10 +17,10 @@
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- [2.2.1. “模板类”还是“类模板”](#221-模板类还是类模板)
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- [2.2.2. Class Template的与成员变量定义](#222-class-template的与成员变量定义)
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- [2.2.3. 模板的使用](#223-模板的使用)
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- [2.2.4. 模板类的成员函数定义](#224-模板类的成员函数定义)
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- [2.2.4. 类模板的成员函数定义](#224-类模板的成员函数定义)
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- [2.3. 函数模板 (Function Tempalte) 入门](#23-函数模板-function-tempalte-入门)
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- [2.3.1. Function Template 的声明和定义](#231-function-template-的声明和定义)
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- [2.3.2. 模板函数的使用](#232-模板函数的使用)
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- [2.3.1. 函数模板的声明和定义](#231-函数模板的声明和定义)
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- [2.3.2. 函数模板的使用](#232-函数模板的使用)
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- [2.4. 整型也可是Template参数](#24-整型也可是template参数)
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- [2.5. 模板形式与功能是统一的](#25-模板形式与功能是统一的)
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- [3. 模板元编程基础](#3-模板元编程基础)
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@ -73,7 +73,7 @@ C++之所以变成一门层次丰富、结构多变、语法繁冗的语言，
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* 使用过STL；
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* 熟悉一些常用的算法，以及递归等程序设计方法。
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此外，尽管第一章会介绍一些Template的基本语法，但是还是会略显单薄。因此也希望读者能对C++ Template最基本语法形式有所了解和掌握；如果会编写基本的模板函数和模板类那就更好了。
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此外，尽管第一章会介绍一些Template的基本语法，但是还是会略显单薄。因此也希望读者能对C++ Template最基本语法形式有所了解和掌握；如果会编写基本的函数模板和类模板那就更好了。
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诚如上节所述，本文并不是《C++ Templates》的简单重复，与《Modern C++ Design》交叠更少。从知识结构上，我建议大家可以先读本文，再阅读《C++ Templates》获取更丰富的语法与实现细节，以更进一步；《Modern C++ Design》除了元编程之外，还有很多的泛型编程示例，原则上泛型编程的部分与我所述的内容交叉不大，读者在读完1-3章了解模板的基本规则之后便可阅读《MCD》的相应章节；元编程部分（如Typelist）建议在阅读完本文之后再行阅读，或许会更易理解。
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@ -166,7 +166,7 @@ void foo(int a);
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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。
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例如我们用`ClassA<int>`来实例化模板类ClassA，那么`ClassA<int>`可以等同于以下的定义：
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例如我们用`ClassA<int>`来实例化类模板ClassA，那么`ClassA<int>`可以等同于以下的定义：
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``` C++
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// 注意：这并不是有效的C++语法，只是为了说明模板的作用
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@ -175,11 +175,11 @@ typedef class {
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} ClassA<int>;
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```
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可以看出，通过模板参数替换类型，可以获得很多形式相同的新类型，有效减少了代码量。这种用法，我们称之为“泛型”（Generic Programming），它最常见的应用，即是STL中的容器模板类。
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可以看出，通过模板参数替换类型，可以获得很多形式相同的新类型，有效减少了代码量。这种用法，我们称之为“泛型”（Generic Programming），它最常见的应用，即是STL中的容器类模板。
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### 2.2.3. 模板的使用
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对于C++来说，类型最重要的作用之一就是用它去产生一个变量。例如我们定义了一个动态数组（列表）的模板类`vector`，它对于任意的元素类型都具有push_back和clear的操作，我们便可以如下定义这个类：
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对于C++来说，类型最重要的作用之一就是用它去产生一个变量。例如我们定义了一个动态数组（列表）的类模板`vector`，它对于任意的元素类型都具有push_back和clear的操作，我们便可以如下定义这个类：
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```C++
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template <typename T>
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@ -208,14 +208,14 @@ intArray.push_back(5);
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floatArray.push_back(3.0f);
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```
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变量定义的过程可以分成两步来看：第一步，`vector<int>`将`int`绑定到模板类`vector`上，获得了一个“普通的类`vector<int>`”；第二步通过“vector<int>”定义了一个变量。
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与“普通的类”不同，模板类是不能直接用来定义变量的。例如：
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变量定义的过程可以分成两步来看：第一步，`vector<int>`将`int`绑定到类模板`vector`上，获得了一个“普通的类`vector<int>`”；第二步通过“vector<int>”定义了一个变量。
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与“普通的类”不同，类模板是不能直接用来定义变量的 —— 毕竟它的名字是“模板”而不是“类”。例如：
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```C++
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vector unknownVector; // 错误示例
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```
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这样就是错误的。我们把通过类型绑定将模板类变成“普通的类”的过程，称之为模板实例化（Template Instantiate）。实例化的语法是：
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这样就是错误的。我们把通过类型绑定将类模板变成“普通的类”的过程，称之为模板实例化（Template Instantiate）。实例化的语法是：
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```
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模板名 < 模板实参1 [，模板实参2，...] >
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@ -237,9 +237,9 @@ ClassB<int, float>
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当然，在实例化过程中，被绑定到模板参数上的类型（即模板实参）需要与模板形参正确匹配。
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就如同函数一样，如果没有提供足够并匹配的参数，模板便不能正确的实例化。
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### 2.2.4. 模板类的成员函数定义
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### 2.2.4. 类模板的成员函数定义
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由于C++11正式废弃“模板导出”这一特性，因此在模板类的变量在调用成员函数的时候，需要看到完整的成员函数定义。因此现在的模板类中的成员函数，通常都是以内联的方式实现。
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由于C++11正式废弃“模板导出”这一特性，因此在类模板的变量在调用成员函数的时候，需要看到完整的成员函数定义。因此现在的类模板中的成员函数，通常都是以内联的方式实现。
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例如：
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``` C++
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@ -302,9 +302,9 @@ void vector<T> /*看起来像偏特化*/ ::clear() // 函数的实现放在这
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## 2.3. 函数模板 (Function Tempalte) 入门
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### 2.3.1. Function Template 的声明和定义
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### 2.3.1. 函数模板的声明和定义
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模板函数的语法与模板类基本相同，也是以关键字`template`和模板参数列表作为声明与定义的开始。模板参数列表中的类型，可以出现在参数、返回值以及函数体中。比方说下面几个例子
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函数模板的语法与类模板基本相同，也是以关键字`template`和模板参数列表作为声明与定义的开始。模板参数列表中的类型，可以出现在参数、返回值以及函数体中。比方说下面几个例子
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```C++
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template <typename T> void foo(T const& v);
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@ -342,7 +342,7 @@ template <typename T> void foo()
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举个例子：generic typed function ‘add’
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```
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在我遇到的朋友中，即便如此对他解释了模板，即便他了解了模板，也仍然会对模板产生畏难情绪。毕竟从形式上来说，模板类和模板函数都要较非模板的版本更加复杂，阅读代码所需要理解的内容也有所增多。
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在我遇到的朋友中，即便如此对他解释了模板，即便他了解了模板，也仍然会对模板产生畏难情绪。毕竟从形式上来说，模板化的类和模板化的函数都要较非模板的版本更加复杂，阅读代码所需要理解的内容也有所增多。
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如何才能克服这一问题，最终视模板如平坦代码呢？
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@ -356,7 +356,7 @@ template <typename T> void foo()
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3. 把解决方案用代码写出来。
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4. 如果失败了，找到原因。是知识有盲点（例如不知道怎么将 `T&` 转化成 `T`），还是不可行（比如试图利用浮点常量特化模板类，但实际上这样做是不可行的）？
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4. 如果失败了，找到原因。是知识有盲点（例如不知道怎么将 `T&` 转化成 `T`），还是不可行（比如试图利用浮点常量特化类模板，但实际上这样做是不可行的）？
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通过重复以上的练习，应该可以对模板的语法和含义都有所掌握。如果提出问题本身有困难，或许下面这个经典案例可以作为你思考的开始：
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@ -366,7 +366,7 @@ template <typename T> void foo()
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当然和“设计模式”一样，模板在实际应用中，也会有一些固定的需求和解决方案。比较常见的场景包括：泛型（最基本的用法）、通过类型获得相应的信息（型别萃取）、编译期间的计算、类型间的推导和变换（从一个类型变换成另外一个类型，比如boost::function）。这些本文在以后的章节中会陆续介绍。
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### 2.3.2. 模板函数的使用
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### 2.3.2. 函数模板的使用
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我们先来看一个简单的函数模板，两个数相加：
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@ -465,7 +465,7 @@ int b = GetValue<int>(1);
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嗯，是不是so easy啊？嗯，你又信心满满的做了一个练习：
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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。
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你要写一个函数模板叫 `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。
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``` C++
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DstT dest = c_style_cast<DstT>(src);
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@ -1151,7 +1151,7 @@ void PrintID()
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{
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cout << "ID of float: " << TypeToID<float>::ID << endl; // Print "1"
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cout << "NotID of float: " << TypeToID<float>::NotID << endl; // Error! TypeToID<float>使用的特化的类，这个类的实现没有NotID这个成员。
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cout << "ID of double: " << TypeToID<double>::ID << endl; // Error! TypeToID<double>是由模板类实例化出来的，它只有NotID，没有ID这个成员。
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cout << "ID of double: " << TypeToID<double>::ID << endl; // Error! TypeToID<double>是由类模板实例化出来的，它只有NotID，没有ID这个成员。
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}
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```
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@ -1491,7 +1491,7 @@ template <typename T> struct X {
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接下来，我们就来解决2.3.1节中留下的几个问题。
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先看第四个问题。为什么MSVC中，模板函数的定义内不管填什么编译器都不报错？因为MSVC在分析模板中成员函数定义时没有做任何事情。至于为啥连“大王叫我来巡山”都能过得去，这是C++语法/语义分析的特殊性导致的。
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先看第四个问题。为什么MSVC中，函数模板的定义内不管填什么编译器都不报错？因为MSVC在分析模板中成员函数定义时没有做任何事情。至于为啥连“大王叫我来巡山”都能过得去，这是C++语法/语义分析的特殊性导致的。
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C++是个非常复杂的语言，以至于它的编译器，不可能通过词法-语法-语义多趟分析清晰分割，因为它的语义将会直接干扰到语法：
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```C++
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@ -1611,7 +1611,7 @@ error: variable has incomplete type 'A'
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1 error generated.
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符合标准的写法需要将模板类的定义，和模板函数的定义分离开：
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符合标准的写法需要将类模板的定义，和函数模板的定义分离开：
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> TODO 此处例子不够恰当，并且描述有歧义。需要在未来版本中修订。
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@ -2463,11 +2463,11 @@ void inc_counter(ICounter& counterObj);
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嗯，你说的没错，在这里这个特性一点都没用。
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这也提醒我们，当你觉得需要写 `enable_if` 的时候，首先要考虑到以下可能性：
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这也提醒我们，当你觉得需要写 `enable_if` 的时候，首先要考虑到以下可能的替代方案：
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* 重载（对模板函数）
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* 重载（适用于函数模板）
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* 偏特化（对模板类而言）
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* 偏特化（适用于类模板）
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* 虚函数
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@ -2680,7 +2680,7 @@ void inc_counter(T& cnt);
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```
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答案是：不能。
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因为`requires`作为关键字/保留字是存在二义性的。当它用于模板函数或者模板类的声明时，它是一个constraint，后面需要跟着concept表达式；而用于concept中，则是一个required expression，用于concept的求解。既然constraint后面跟着一个concept表达式，而requires也可以用来定义一个concept expression，那么一个风骚的想法形成了：我能不能用 `requires (requires (T t) {++t;})` 来约束模板函数的类型呢？
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因为`requires`作为关键字/保留字是存在二义性的。当它用于函数模板或者类模板的声明时，它是一个constraint，后面需要跟着concept表达式；而用于concept中，则是一个required expression，用于concept的求解。既然constraint后面跟着一个concept表达式，而requires也可以用来定义一个concept expression，那么一个风骚的想法形成了：我能不能用 `requires (requires (T t) {++t;})` 来约束模板参数呢？
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当然是可以的！C++就是这么的简（~~有~~）单（~~病~~）！
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