CPP-Templates-2nd--第十章 模板基本术语

目录

10.1 “类模板”还是“模板类”

10.2 替换，实例化，和特例化

10.3 声明和定义

10.3.1 完整类型和非完整类型（complete versus incomplete types）

10.4 唯一定义法则

10.5 Template Arguments versus Template Parameters

10.6 总结

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参考：GitHub - Walton1128/CPP-Templates-2nd--: 《C++ Templates 第二版》中文翻译，和原书排版一致，第一部分（1至11章）以及第18，19，20，21、22、23、24、25章已完成，其余内容逐步更新中。 个人爱好，发现错误请指正

10.1 “类模板”还是“模板类”

关于该如何称呼一个是模板的类，有一些困扰：

 术语 class template 是指这个 class 是模板。也就是说它是一组 class 的参数化表达。

 术语 template class 则被：

          用作 class template 的同义词。

         用来指代从 template 实例化出来的 classes。

          用来指代名称是一个 template-id（模板名 + ）的类。 第二种和第三中意思的区别很小，对后续的讨论也不重要。

10.2 替换，实例化，和特例化

用实际参数替换模板参数，以从一个模板创建一个常规类、类型别名、函数、成员函数或者 变量的过程，被称为“模板实例化”。

通过实例化或者不完全实例化产生的实体通常被称为特例化（specialization）。

但是在 C++中，实例化过程并不是产生特例化的唯一方式。另外一些方式允许程序员显式的 指定一个被关联到模板参数的、被进行了特殊替换的声明。正如 2.5 节介绍的那样，这一类 特例化以一个 template<>开始：

template // primary class template
class MyClass { …
};
template<> // explicit specialization
class MyClass { …
};

严格来说，这被称为显式特例化（explicit specialization）。

如果特例化之后依然还有模板参数，就称之为部分特例化。

template // partial specialization
class MyClass { …
};
template // partial specialization
class MyClass { …
};

10.3 声明和定义

“声明”是一个 C++概念，它将一个名称引入或者再次引入到一个 C++作用域内。引入的过 程中可能会包含这个名称的一部分类别，但是一个有效的声明并不需要相关名称的太多细 节。

注意，在 C++中虽然宏和 goto 标签也都有名字，但是它们并不是声明。

对于声明，如果其细节已知，或者是需要申请相关变量的存储空间，那么声明就变成了定义。 对于 class 类型的定义和函数定义，意味着需要提供一个包含在{}中的主体，或者是对函数使 用了=defaul/=delete。对于变量，如果进行了初始化或者没有使用 extern，那么声明也会变 成定义。下面是一些“定义”的例子：

class C {}; // definition (and declaration) of class C
void f(int p) { //definition (and declaration) of function f()
std::cout << p << ’\n’;
}
extern int v = 1; // an initializer makes this a definition for v
int w; // global variable declarations not preceded by extern are also definitions

10.3.1 完整类型和非完整类型（complete versus incomplete types）

非完整类型是以下情况之一：

 一个被声明但是还没有被定义的 class 类型。

  一个没有指定边界的数组。

 一个存储非完整类型的数组。

 Void 类型。

 一个底层类型未定义或者枚举值未定义的枚举类型。

 任何一个被 const 或者 volatile 修饰的以上某种类型。其它所有类型都是完整类型。

10.4 唯一定义法则

C++语言中对实体的重复定义做了限制。这一限制就是“唯一定义法则（one-definition rule, ODR）”。

完整的关于 ODR 的介绍请参见附录 A。目前只要记住以下基础的 ODR 就够了：

 常规（比如非模板）非 inline 函数和成员函数，以及非 inline 的全局变量和静态数据成 员，在整个程序中只能被定义一次。

 Class 类型（包含 struct 和 union），模板（包含部分特例化，但不能是全特例化），以 及 inline 函数和变量，在一个编译单元中只能被定义一次，而且不同编译单元间的定义 应该相同。

编译单元是通过预处理源文件产生的一个文件；它包含通过#include 指令包含的内容以及宏 展开之后的内容。

可链接实体（linkable entity）指的是下面的任意一种：一个函数或者成员 函数，一个全局变量或者静态数据成员，以及通过模板产生的类似实体，只要对 linker 可见 就行。

10.5 Template Arguments versus Template Parameters

template
class ArrayInClass {
public:
T array[N];
};

ArrayInClass

注意模板名称后面的尖括号以及其中的模板实参  。

不管这些实参是否和模板参数有关，模板名称以及其后面的尖括号和其中的模板实参，被称 为 template-id。

有必要对模板参数（template parameters）和模板实参（template arguments）进行区分。简 单来讲可以说“模板参数是被模板实参初始化的”。或者更准确的说：

 模板参数是那些在模板定义或者声明中，出现在 template 关键字后面的尖括号中的名 称。

 模板实参是那些用来替换模板参数的内容。不同于模板参数，模板实参可以不只是“名 称”。

当指出模板的 template-id 的时候，用模板实参替换模板参数的过程就是显式的，但是在很 多情况这一替换则是隐式的（比如模板参数被其默认值替换的情况）。

一个基本原则是：任何模板实参都必须是在编译期可知的。就如接下来会澄清的，这一要求 对降低模板运行期间的成本很有帮助。由于模板参数最终都会被编译期的值进行替换，它们 也可以被用于编译期表达式。在 ArrayInClass 模板中指定成员 array 的尺寸时就用到了这一特 性。数组的尺寸必须是一个常量表达式，而模板参数 N 恰好满足这一要求。

对这一特性的使用可以更进一步：由于模板参数是编译期实体，它们也可以被用作模板实参。 就像下面这个例子这样：

template
class Dozen {
public:
ArrayInClass contents;
};

其中 T 既是模板参数也是模板实参。这样这一原理就可以被用来从简单模板构造更复杂的模 板。当然，在原理上，这和我们构造类型和函数并没有什么不同。

10.6 总结

 类型可以是完整的或者非完整的。

 根据唯一定义法则（ODR），非 inline 函数，成员函数，全局变量和静态数据成员在整 个程序中只能被定义一次。