C++ Templates (Part I 基本概念 The Basics)

C++ 模板 （C++ Templates）

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• C++ 模板 （C++ Templates）
  • 第一部分 基本概念 （The Basics）
    • 第一部分章节目录
• 参考资料

第一部分 基本概念 （The Basics）

这一部分介绍C++模板常见的概念和语言特性，通过展现函数模板（function templates）和类模板（class templates）例子的方式，从讨论C++模板的通用目标和概念入手，继而介绍一些基本的模板特性，比如，非类型模板参数（nontype template parameters）、可变参数模板（variadic templates）、关键字typename和成员模板（member templates）。同时，这一部分还将讨论如何处理移动语义（move semantics）、如何声明参数，以及如何使用泛型代码（generic code）来进行编译期编程（compile-time programming）。最后以一些通用术语的描述和实践中（不管作为应用程序员还是通用库的作者）使用C++模板的技巧结尾。

为什么使用模板？ Why Templates?

C++ 需要使用特定的类型声明变量、函数和大多数的实体。然而，有许多代码完全一样，除了类型不同，比如快速排序算法quicksort对不同的数据结构具有结构一样的代码，这些数据结构可以是int的数组int [N]，字符类型string组成的vecotr，只要容器包含的类型可以相互比较。

如果使用的编程语言不支持这种泛型特性，那么可以有以下几种不好的替代方案：

1. 为每一种需要的类型独立、重复地实现同样的功能。
2. 为共同的基类如Object或者void* 写通用的实现代码。
3. 使用特殊的预处理器。

如果你之前使用其他的编程语言，那么你可能实现过部分或者以上的所有方式。然而，以上每一种方法都有各自的缺陷：

1. 如果为每一种需要的类型独立、重复地实现同样的功能，这将导致重复造轮子（reinvent the wheel）。同样的错误，将会遍布所有的类型中，这导致错过更复杂但更好的算法，因为这甚至会引起更多的错误。
2. 如果为共同的基类写通用的实现，这将导致失去类型检查的优势，并且，所有的类都将继承自某一特殊的基类，使得代码维护变得困难。
3. 如果使用预处理器，那么代码将被一些“愚蠢的文字替换机制”取代，没有范围和类型的概念，将导致一些奇怪的语义错误。

模板是针对这个问题的一个解决方案，且没有上述缺陷。模板是为一种或多种还未指定的类型而写的函数或者类。当使用模板，传递类型作为参数，不管显式（explicitly）或者隐式（implicitly）。由于模板是C++的语言特性，将得到类型检查和范围的完美支持。

现代程序中，模板已经被广泛使用。比如说，C++标准库中的代码几乎全部都是模板代码。标准库提供了排序算法，以对某种特殊类型的对象（objects）和值（values）进行排序，或者对容器类（container class，一种管理指定类型元素的类）数据结构、用字符进行模板参数化的string进行排序。然而，这仅仅是开始。模板允许参数化行为（parameterize behavior），优化代码，参数化信息（parameterize information）。这些应用将在后续章节中覆盖，当然先从一些简单的模板开始。

第一部分章节目录

[第1章 函数模板 Function Templates]

本章介绍函数模板。函数模板是参数化的模板（functionas that are parameterized），因此可以用来表示一系列的函数。

• 1.1 初窥函数模板 A First Look at Function Templates
• 1.2 模板实参推断 Template Argument Deduction
• 1.3 多模板参数 Multiple Template Parameters
• 1.4 默认模板实参 Default Template Arguments
• 1.5 重载函数模板 Overloading Function Templates
• 1.6 但是为什么不...? But, Should't We ...?
• 1.7 总结 Summary

[第2章 类模板 Class Template]

与函数类似，类也可以将一个或多个类型参数化。容器类，用于管理特定类型的成员，就是该特性的经典案例。通过使用类模板便可实现这样的容器并保持元素类型开放。本章使用栈Stack作为类模板的一个例子。

• 2.1 类模板Stack的实现 Implementation of Class Template Stack，即将发表

[第3章 非类型模板参数 Nontype Template Parameters]

[第4章 可变参数模板 Variadic Templates]

[第5章 基础技术 Tricky Basics]

[第6章 移动语义与enable_if<> Move Semantics and enable_if<>]

[第7章 按值传递还是按引用传递? By Value or by Reference?]

[第8章 编译时编程 Compile-Time Programming]

[第9章 在实战中使用模板 Using Templates in Practice]

[第10章 基本模板术语 Basic Template Terminology]

[第11章 泛型库 Generic Libraries]

参考资料

[1] C++ Templates (第二版 英文版). David Vandevoorde, Nocolai M. Josuttis and Douglas Gregor. 中国工信出版集团, 中国邮电出版社. 北京.