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模板

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模板
 

模板是 C++ 实体，定义了以下内容之一

（自 C++11 起）
（自 C++14 起）
（自 C++20 起）

模板通过一个或多个模板形参进行参数化，模板形参有三种：类型模板形参、非类型模板形参和模板模板形参。

当提供模板实参时，或者对于函数 和类(自 C++17 起) 模板仅推导时，它们会被替换为模板形参以获得模板的特化，即特定类型或特定函数左值。

特化也可以显式提供：完全特化 允许用于类、变量(自 C++14 起) 和函数模板，偏特化 仅允许用于类模板和变量模板(自 C++14 起)。

当在需要完整对象类型的上下文中引用类模板特化，或者在需要函数定义存在的上下文中引用函数模板特化时，模板会被实例化（其实际代码会被编译），除非模板已被显式特化或显式实例化。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。在链接时，由不同翻译单元生成的相同实例化会被合并。

类模板的定义必须在隐式实例化点可见，这就是为什么模板库通常在头文件中提供所有模板定义（例如，大多数 boost 库都是仅头文件库）。

目录

[编辑] 语法

template <parameter-list > requires-clause (可选) declaration (1)
export template <parameter-list > declaration (2) （直到 C++11）
template <parameter-list > concept concept-name = constraint-expression ; (3) （自 C++20 起）
parameter-list - 非空的逗号分隔列表，包含模板形参，每个形参可以是非类型形参、类型形参、模板形参或任何这些类型的形参包(自 C++11 起)。
requires-clause - (自 C++20 起) requires 子句，指定对模板实参的约束。
declaration - 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、类作用域的变量或静态数据成员(自 C++14 起)或别名模板(自 C++11 起)的声明。它也可以定义模板特化。
concept-name
constraint-expression 		- 参见 约束与概念

export 是一个可选修饰符，用于将模板声明为导出的（当与类模板一起使用时，它声明其所有成员也导出）。实例化导出模板的文件不需要包含它们的定义：声明就足够了。export 的实现很少见，并且在细节上彼此不一致。

 （直到 C++11）
本节不完整
原因：核心语法、模板形参和实例化，采用 class_template 和 function_template 之间的通用内容

[编辑] 模板标识符

模板标识符具有以下语法之一

template-name <template-argument-list (可选)> (1)
operatorop <template-argument-list (可选)> (2)
operator "" identifier <template-argument-list (可选)> (3) （自 C++11 起）
（已弃用）
operator user-defined-string-literal <template-argument-list (可选)> (4) （自 C++11 起）
1) 简单模板标识符。
2) 运算符函数模板标识符。
3,4) 字面量运算符 函数模板标识符。
template-name - 命名模板的标识符
op - 可重载运算符
identifier - 标识符
user-defined-string-literal - "" 后跟一个标识符


命名类模板特化的简单模板标识符命名一个类。

命名别名模板特化的模板标识符命名一个类型。

命名函数模板特化的模板标识符命名一个函数。

如果满足以下所有条件，则模板标识符是有效的 

  • 实参的数量最多与形参的数量相同，或者形参是模板形参包(自 C++11 起)。
  • 对于每个没有默认模板实参的不可推导非包(自 C++11 起) 形参，都有一个实参。
  • 每个模板实参都与相应的模板形参匹配。
  • 将每个模板实参替换到后续的模板形参（如果有）中会成功。
  • 如果模板标识符是非依赖型的，则关联的约束会按如下方式满足。
 （自 C++20 起）

无效的简单模板 id 是编译时错误，除非它命名函数模板特化（在这种情况下，SFINAE 可能适用）。

template<class T, T::type n = 0>
class X;
 
struct S
{
    using type = int;
};
 
using T1 = X<S, int, int>; // error: too many arguments
using T2 = X<>;            // error: no default argument for first template parameter
using T3 = X<1>;           // error: value 1 does not match type-parameter
using T4 = X<int>;         // error: substitution failure for second template parameter
using T5 = X<S>;           // OK

当简单模板 id 的 template-name 命名受约束的非函数模板或受约束的模板模板形参，但不是未知特化的成员的成员模板，并且简单模板 id 中的所有模板实参都是非依赖型的，则必须满足受约束模板的关联约束

template<typename T>
concept C1 = sizeof(T) != sizeof(int);
 
template<C1 T>
struct S1 {};
 
template<C1 T>
using Ptr = T*;
 
S1<int>* p;                      // error: constraints not satisfied
Ptr<int> p;                      // error: constraints not satisfied
 
template<typename T>
struct S2 { Ptr<int> x; };       // error, no diagnostic required
 
template<typename T>
struct S3 { Ptr<T> x; };         // OK, satisfaction is not required
 
S3<int> x;                       // error: constraints not satisfied
 
template<template<C1 T> class X>
struct S4
{
    X<int> x;                    // error, no diagnostic required
};
 
template<typename T>
concept C2 = sizeof(T) == 1;
 
template<C2 T> struct S {};
 
template struct S<char[2]>;      // error: constraints not satisfied
template<> struct S<char[2]> {}; // error: constraints not satisfied
 （自 C++20 起）

如果满足以下所有条件，则两个模板标识符是相同的 

  • 它们的 template-name s 或运算符引用相同的模板。
  • 它们对应的类型模板实参是相同的类型。
  • 由它们对应的非类型模板实参确定的模板形参值是模板实参等价的。
  • 它们对应的模板模板实参引用相同的模板。

两个相同的模板标识符引用相同的变量、(自 C++14 起) 类或函数。

[编辑] 模板化实体

模板化实体（或在某些来源中称为“模板体”）是在模板定义中定义的（或者，对于lambda 表达式，创建的）(自 C++11 起)任何实体。以下所有都是模板化实体

  • 类/函数/变量(自 C++14 起) 模板
（自 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器
  • 在模板化实体中定义或创建的任何实体：局部类、局部变量、友元函数等
  • 出现在模板化实体声明中的 lambda 表达式的闭包类型
 （自 C++11 起）

例如，在

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

函数 A::f 不是函数模板，但仍然被认为是模板化的。


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。

 （自 C++14 起）

[编辑] 关键字

template, export

[编辑] 缺陷报告

以下行为更改的缺陷报告被追溯应用于先前发布的 C++ 标准。

DR 应用于 已发布行为 正确行为
CWG 2293 C++98 确定模板是否有效的规则
标识符未提供		 已提供
CWG 2682 C++98
C++14		 模板化函数/模板类
（C++98）/模板化变量（C++14）的定义缺失		 已添加
P2308R1 C++98 如果两个模板标识符的
对应非类型模板实参
不是模板实参等价的，则它们是不同的		 如果它们对应的
非类型模板形参值是不同的，则它们是不同的
不是模板实参等价的，则它们是不同的

[编辑] 参见

C 文档 关于 泛型选择
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