C++的缺陷和思考（六）
本文继续来介绍C++的缺陷和笔者的一些思考。先序文章请看
C++的缺陷和思考（五）
C++的缺陷和思考（四）
C++的缺陷和思考（三）
C++的缺陷和思考（二）
C++的缺陷和思考（一）
模板的全特化
先跑个小题~，模板的「模」正确发音应该是「mú」，原本是工程上的术语，生产一种工件可能需要一种样本，但它和实际生产出的工件可能并不相同。所以说，「模板」本身并不是实际的工件，但可以用于生产出工件。更通俗来说，可以理解成一个浇注用的壳，比如说是圆柱形状，如果你往里灌铁水，那出来的就是铁柱；如果你灌铝水出来的就是铝柱；如果你灌水泥，那出来的就是水泥柱……
所以C++中用“模板”这个词特别贴切，它本身并不是实际代码，而在实例化的时候才会生成对应的代码。
而模板又存在“特化”的问题，分为“偏特化”和“全特化”。偏特化也就是部分特化，也就是半成品，本质上来说仍然属于“模板”。但全特化就很特殊了，全特化的模板就已经不是模板了，而是真正的代码了，因此这里的行为也会和模板有所不同，而更加接近普通代码。
最简单的例子就是，模板的声明和实现一般都会写在头文件中（除非仅在某个源文件中使用）。这是由于模板是编译期代码，在编译期会生成实际代码，而“编译”过程是单文件行为，因此你必须保证每个独立的源文件都能找到这段模板定义。（include头文件本质就是文件内容的复制，所以还是相当于每个使用的源文件都获取了一份模板定义）。而如果拆开则会在编译期间找不到而报错：
demo.h
template <typename T>
void f(T t);
demo.cpp
template <typename T>
void f(T t) {
// ...
}
main.cpp
#include "demo.h" // 这里只获得了声明
int main() {
f<int>(5); // ERR，链接报错，因为只有声明而没有实现
return 0;
}
上例中，main.cpp包含了demo.h，因此获得的是f函数的声明。当main.cpp在编译期间，是不会去关联demo.cpp的，在主函数中调用了f，因此会标记f函数已经声明。
而编译demo.cpp的时候，由于f并没有任何实例化，因此不会产生任何代码。
此后链接main.cpp和demo.cpp，发现main.cpp中的f没有实现，因此链接阶段报错。
所以，我们才要求模板的实现也要写在头文件中，也就是变成：
demo.h
// 声明
template <typename T>
void f(T t);
// ...其他内容
// 定义
template <typename T>
void f(T t) {
}
main.cpp
#include "demo.h"
int main() {
f<int>(5); // OK
return 0;
}
由于实现也写在了demo.h中，因此当主函数中调用了f时，既会用模板f的声明生成出f的声明，也会用模板f的实现生成出f的实现。
但是对于全特化的模板，情况将完全不同。因为全特化的模板已经不是模板了，而是一个确定的函数，编译期不会再用它来生成代码，因此，这时如果你把实现也写在头文件里，就会出现重定义错误：
demo.h
template <typename T>
void f(T t) {}
// f全特化
template <>
void f<int>(int t) {}
src1.cpp
#include "demo.h" // 这里有一份f的实现
main.cpp
#include "demo.h" // 这里也有一份f的实现
int main() {
f<int>(a); // ERR, redefine f这时会报重定义错误，因为f的实现写在了demo.h中，那么src.cpp包含了一次，相当于实现了一次，然后main.cpp也包含了一次，相当于又实现了一次，所以报重定义错误。
因此，正确的做法是把全特化模板当做普通函数来对待，只能在源文件中定义一次：
demo.h
template <typename T>
void f(T t) {}
// 特化f的声明
template <>
void f<int>(int t);
demo.cpp
#include "demo.h"
// 特化f的定义
template <>
void f<int>(int t) {}
src1.cpp
#include "demo.h" // 只得到了声明，没有重复实现
main.cpp
#include "demo.h" // 只得到了声明，没有重复实现
int main() {
f<int>(5); // OK，全局只有一份实现
return 0;
}
所以在使用模板特化的时候，一定要小心，如果是全特化的话，就要按照普通函数/类来对待，声明和实现需要分开。
当然了，硬要把实现写在头文件里也是可以的，只不过要用inline修饰，防止重定义。
demo.h
template <typename T>
void f(T t) {}
// 特化f声明
template <>
void f<int>(int t);
// 特化f内联定义
template <>
inline void f<int>(int t) {}
构造/析构函数调用虚函数
我们知道C++用来实现“多态”的语法主要是虚函数。当调用一个对象的虚函数时，会根据对象的实际类型来调用，而不是根据引用/指针的类型。
class Base {
public:
virtual void f() {std::cout << "Base::f" << std::endl;}
};
class Child1 : public Base {
public:
void f() override {std::cout << "Child1::f" << std::endl;}
};
class Child2 : public Base {
public:
void f() override {std::cout << "Child2::f" << std::endl;}
};
void Demo() {
Base *obj1 = new Child1;
Child2 ch;
Base &obj2 = ch;
Base obj3;
obj1->f(); // Child1::f
obj2.f(); // Child2::f
obj3.f(); // Base::f
}
但有一种特殊情况，会让多态性失效，请看下面例程：
class Base {
public:
Base() {f();} // 构造函数调用虚函数
virtual void f() {std::cout << "Base::f" << std::endl;}
};
class Child : public Base {
public:
Child() {}
void f() override {std::cout << "Child::f" << std::endl;}
};
void Demo() {
Child ch; // Base::f
}
我们知道子类构造时需要先调用父类构造函数。这里由于Child中没有指定Base的构造函数，因此会调用无参的构造。在Base的无参构造函数中调用了虚函数f。照理说，我们是在构造Child的过程中调用了f，那么应该调用的是Child的f，但实际调的是Base的f，也就是多态性失效了。
究其原因，我们就要知道C++构造的模式了。由于Child是Base的子类，因此会含有Base类的成员，并且构造时也要先构造。在构造Child的Base部分时，先初始化了虚函数表，由于此时还属于Base的构造函数，因此虚函数表中指向的是Base::f。虚函数表初始化后开始构造Base的成员，示例中由于是空的所以跳过。再执行Base构造函数的函数体，函数体里调用了f。以上都属于Base的构造，完成后才会继续Child独有部分的构造。首先会构造虚函数表，把f指向Child::f。然后是初始化成员，示例中为空所以跳过。最后执行Child构造函数函数体，示例中是空的。
所以，我们看到，这里调用f的时机，是在Base构造的过程中。f由于是虚函数，因此会通过虚函数表来访问，但又因为此时虚函数表里指向的就是Base::f，所以会调用到Base类的f。
同理，如果在析构函数中调用虚函数的话，同样会失去多态性。原则就是哪个类里调用的，实际就会调用哪个类的实现。
经典二义性问题
C++中存在3个非常经典的二义性问题，并且他们的默认含义都是反直觉的。
临时对象传参时的二义性
请看下面的代码：
struct Test {};
struct Data {
explicit Data(const Test &test);
};
void Demo() {
Data data(Test()); // 这句是什么含义？
}
上面这种类型的代码确实有时会一不留神就写出来。我们愿意是想创建一个Data类型的对象叫做data，构造参数是一个Test类型，这里我们直接创建了一个临时对象作为构造参数。
但如果你真的这样写的话，会得到一个warning，并且data这个对象并没有创建成功。为什么呢？因为编译期把它误以为是函数声明了。这里首先需要了解一个语法糖：
void f(void d(int));
// 等价于
void f(void (*d)(int));
C++中允许参数为“函数类型”，又因为函数并不是一种存储类型，因此这种语法会当做“函数指针类型”来处理。所以说当函数参数是一个函数的时候，本质上是让传一个函数指针进去。
与此同时，C++也支持了“函数取地址”和“解函数指针”的操作。函数取地址后仍然是函数指针，解函数指针后仍然是函数指针：
void f() {}
void Demo() {
void (*p1)() = f; // 函数类型转化为函数指针（C语言只支持这种写法）
void (*p2)() = &f; // 函数类型取地址还是函数指针类型
p2(); // 函数指针直接调用相当于函数调用
(*p2)(); // 函数指针解指针后仍然是函数指针
auto p3 = *p2; // 同上，p3仍然是void (*)()类型
(*************p2)(); // 逐渐离谱，但确实是合法的
}
再回到一开始的例子，假如我们要声明一个函数名为data，返回值是Data类型，参数是一个函数类型，一个返回值为Test，空参类型的函数。那么就是：
Data data(Test());
// 或者是
Data data(Test (*)());
第一种写法正好和我们刚才想表示“定义Data类型的对象名为data，参数是一个Test类型的临时对象”给撞脸了。引发了二义性。
解决方法也很简单，我们知道表示“值”的时候，套一层或者多层括号是不影响“值”的意义的：
// 下面都等价
a;
(a);
((a));
那么表示“函数调用”时，传值也是可以套多层括号的：
f(a);
f((a));
f(((a)));
但是当你表示函数声明的时候，你就不能套多层括号了：
void f(int); // 函数声明
void f((int)); // ERR，错误语法
所以，第一种解决方法就是，套一层括号，那么就只能解释为“函数调用”而不是“函数声明”了：
Data data((Test())); // 定义对象data，不会出现二义性
第二种方法就是不要用小括号表示构造参数，而是换成大括号：
Data data{Test{}}; // 大括号表示构造参数列表，不能表示函数类型
在要不就不要用临时对象，改用普通变量：
Test t;
Data data{t};
模板参数嵌套时的二义性
当两个模板参数套在一起的时候，两个>会碰在一起：
std::vector<std::vector<int>> ve; // 这里出现了一个>>
而这和参数中的右移运算给撞脸了：
std::array<int, 1 >> 5> arr; // 这里也出现了一个>>
在C++11以前，>>会优先识别为右移符号，因此对于模板嵌套，就必须加空格：
std::vector<std::vector<int> > ve; // 加空格避免歧义
但可能是因为模板参数右移的情况远远少过模板嵌套的情况，因此在C++11开始，把这种默认情况改了过来，遇见>>会识别为模板嵌套：
std::vector<std::vector<int>> ve; // OK
但相对的，如果要进行右移运算的话，就会识别错误，解决方法是加括号
std::array<int, 1 >> 5> arr; // ERR
std::array<int, (1 >> 5)> arr; // OK，要通过加小括号避免歧义
模板中类型定义和静态变量二义性
直接上代码：
template <typename T>
struct Test {
void f() {
T::abc *p;
}
};
struct T1 {
static int abc;
};
struct T2 {
using abc = int;
};
void Demo() {
Test<T1> t1;
Test<T2> t2;
}
Test是一个模板类，里面取了参数T的成员abc。对于T1的实例化来说，T1::abc是一个整型变量，所以T::abc *p相当于两个变量相乘，*会理解为“乘法”。
而对于T2来说，T2::abc是一个类型重命名，那么T::abc *p相当于定义一个int类型的指针，*会理解为指针类型。
所以，对于模板Test来说，由于T还没有实例化，所以不能确定T::abc到底是静态变量还是类型重命名。因此会出现二义性。
解决方式是用typename关键字，强制表名这里T::abc是一个类型：
template <typename T>
struct Test {
void f() {
typename T::abc *p; // 一定表示指针定义
}
};
typename关键字大家应该并不陌生，但一般都是在模板参数中见到的。其实在C++11以前，模板参数中表示“类型”参数的关键字是class，但用这个关键字会对人产生误导，其实这里不一定非要传类类型，传基本类型也是OK的，因此C++11的时候让typename可以承担这个责任，因为它更能表示“类型名称”这种含义。但其实在此之前typename仅仅是为了解决上面二义性问题的。
另外值得说明的一点是，C++17以前，模板参数是模板的情况时仍然只能用class：
// 要求参数要传一个模板类型，其含有两个类型参数
// C++14及以前版本这里必须用class
template <template <typename, typename> class Temp>
struct Test {}
template <typename T, typename R>
struct T1 {}
void Demo() {
Test<T1>; // 模板参数是模板的情况实例化
}
C++17开始才允许这个class替换为typename：
// C++17后可以用typename
template <template <typename, typename> typename Temp>
struct Test {}