001-EMC 深入解读-理解模板型别推导

Posted 2022-12-15 --Allen--

EMC 第一章条款一，一上来就出个王炸——有关于函数模板的推导规则。

1. 问题

似乎你在使用的时候并未关注过这些事情，因为一切看起来相当自然，你也用的很爽。比如：

template <typename T>
T add(T a, T b) 
    return a + b;

这是一个计算两数之和的函数，你可以传递 float, double, int 等支持 operator+ 类型的参数，而不用为每一种类型都写一份 add 函数。

但是，上面的函数模板你也可以写成：

template <typename T>
T add(T& a, T& b) 
    return a + b;


template <typename T>
T add(const T& a, const T& b) 
    return a + b;


template <typename T>
T add(T&& a, T&& b) 
    return a + b;

然而，上面这 3 种写法在 C++11 中都好使。到底哪种比较好？或者说，有什么区别？从直觉上来说，写在 add(T a, T b) 是值传递，而带 & 的则是引用传递，带 const 则表示希望对象保持常量属性。你的直觉是对的。

那么 T&& 是什么？这是 C++11 出现的特有语法，你也许听说过右值引用，很抱歉，看起来 T&& 确实像右值引用，不过，当 && 出现在模板参数 T 后面时，则称为 Universal Reference(通用引用、万能引用)。接下来我们给一个比较正式的定义：

函数模板中持有型别形参 T 时，Universal Reference 写作 T&&

现在将问题抽象一下，对于下面的模板：

template<typename T>
void f(ParamType param)

问题：在不同的模板参数里，传递不同类型的参数，T 会被编译器推导为什么？ParamType 又是什么？

例如：

template<typename T>
void f(const T& param) // ParamType = const T&

int x = 27;
const int cx = x;
const int& rx = x;

当你调用 f(x), f(cx), f(rx) 时，T 是什么，ParamType 是什么？

事实上，上面的 3 种情况，T 全部被推导为 int，所以，ParamType = const T& = const int&.

如果模板是：void f(T& param)，情况又是怎样呢？如何在你的编译器中验证？

2. 实验

我们没一个比较好的直接的方法在程序里打印出推导的类型，但是可以利用链接器的错误提示来看到实际推导类型。

2.1 void f(T& param)

编译以下代码，命名为 deduce01.cpp

• 推导 f(x)

// deduce01.cpp
template <typename T>
void f(T& param); // 故意不写 f 的定义

int main() 
    int x = 27;
    const int cx = x;
    const int& rx = x;

    f(x);
    // f(cx);
    // f(rx);
    return 0;

使用下面方式编译：

$ g++ -std=c++11 deduce01.cpp

图1 调用 f(x)

可以看到，f(x) 里，T 被推导为 int，而 ParamType 被推导为 int &.

• 推导 f(cx)

如果调用 f(cx)，再进行编译：

// deduce.01.cpp
template <typename T>
void f(T& param); // 故意不写 f 的定义

int main() 
    int x = 27;
    const int cx = x;
    const int& rx = x;

    // f(x);
    f(cx);
    // f(rx);
    return 0;

图2 调用 f(cx)

可以看到，调用 f(cx) 时，T 被推导为 int const, ParamType 被推导为 int const&.

• 推导 f(rx)

如果调用 f(rx)，再进行编译：

// deduce.01.cpp
template <typename T>
void f(T& param); // 故意不写 f 的定义

int main() 
    int x = 27;
    const int cx = x;
    const int& rx = x;

    // f(x);
    // f(cx);
    f(rx);
    return 0;

图3 调用 f(rx)

推导的类型和调用 f(cx) 一模一样。

2.2 void f(const T& param)

同样的，我们编译 deduce02.cpp，使用上述方法编译：

// deduce02.cpp
template <typename T>
void f(const T& param); // 故意不写 f 的定义

int main() 
    int x = 27;
    const int cx = x;
    const int& rx = x;

    // 这里一次调用 3 次 f
    f(x);
    f(cx);
    f(rx);
    return 0;

图4 调用 f(x), f(cx), f(rx)

你发现，只报了一个链接错误，这意味着这 3 次调用，推导的结果是一样的。T 被推导为 int，而 ParamType 被推导为 int const&.

3. 总结

• 掌握查看推导类型的方法

后文我们继续讨论具体的规则：

• ParamType 是引用或指针，但不是通用引用
• ParamType 是通用引用
• ParamType 既非指针也非引用