C++11——模板的優化

1. 模板的右尖括號
在泛型編程中，模板實例化有一個非常繁瑣的地方，那就是連續的兩個右尖括號（>>）會被編譯器解析成右移操作符，而不是模板參數表的結束。我們先來看一段關於容器遍歷的代碼，在創建的類模板 Base 中提供了遍歷容器的操作函數 traversal():

// test.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

template <typename T>
class Base
{
public:
    void traversal(T& t)
    {
        auto it = t.begin();
        for (; it != t.end(); ++it)
        {
            cout << *it << " ";
        }
        cout << endl;
    }
};


int main()
{
    vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
    Base<vector<int>> b;
    b.traversal(v);

    return 0;
}

如果使用 C++98/03 標準來編譯上邊的這段代碼，就會得到如下的錯誤提示：

test.cpp:25:20: error: '>>' should be '> >' within a nested template argument list
Base<vector<int>> b;
根據錯誤提示中描述模板的兩個右尖括之間需要添加空格，這樣寫起來就非常的麻煩，C++11改進了編譯器的解析規則，儘可能地將多個右尖括號（>）解析成模板參數結束符，方便我們編寫模板相關的代碼。

上面的這段代碼，在支持 C++11 的編譯器中編譯是沒有任何問題的，如果使用 g++ 直接編譯需要加參數 -std=c++11

2. 默認模板參數
在 C++98/03 標準中，類模板可以有默認的模板參數：

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T = int, T t = 520>
class Test
{
public:
    void print()
    {
        cout << "current value: " << t << endl;
    }
};

int main()
{
    Test<> t;
    t.print();

    Test<int, 1024> t1;
    t1.print();

    return 0;
}

但是不支持函數的默認模板參數，在C++11中添加了對函數模板默認參數的支持:

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T = int, T t = 520>
class Test
{
public:
    void print()
    {
        cout << "current value: " << t << endl;
    }
};

int main()
{
    Test<> t;
    t.print();

    Test<int, 1024> t1;
    t1.print();

    return 0;
}

 

通過上面的例子可以得到如下結論：當所有模板參數都有默認參數時，函數模板的調用如同一個普通函數。但對於類模板而言，哪怕所有參數都有默認參數，在使用時也必須在模板名後跟隨 <> 來實例化。

另外：函數模板的默認模板參數在使用規則上和其他的默認參數也有一些不同，它沒有必須寫在參數表最後的限制。這樣當默認模板參數和模板參數自動推導結合起來時，書寫就顯得非常靈活了。我們可以指定函數模板中的一部分模板參數使用默認參數，另一部分使用自動推導，比如下面的例子：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template <typename R = int, typename N>
R func(N arg)
{
    return arg;
}

int main()
{
    auto ret1 = func(520);
    cout << "return value-1: " << ret1 << endl;

    auto ret2 = func<double>(52.134);
    cout << "return value-2: " << ret2 << endl;

    auto ret3 = func<int>(52.134);
    cout << "return value-3: " << ret3 << endl;

    auto ret4 = func<char, int>(100);
    cout << "return value-4: " << ret4 << endl;

    return 0;
}

測試代碼輸出的結果爲:

return value-1: 520
return value-2: 52.134
return value-3: 52
return value-4: d

根據得到的日誌輸出，分析一下示例代碼中調用的模板函數：

auto ret = func(520);
函數返回值類型使用了默認的模板參數，函數的參數類型是自動推導出來的爲 int 類型。
auto ret1 = func<double>(52.134);
函數的返回值指定爲 double 類型，函數參數是通過實參推導出來的，爲 double 類型
auto ret3 = func<int>(52.134);
函數的返回值指定爲 int 類型，函數參數是通過實參推導出來的，爲 double 類型
auto ret4 = func<char, int>(100);
函數的參數爲指定爲 int 類型，函數返回值指定爲 char 類型，不需要推導
當默認模板參數和模板參數自動推導同時使用時（優先級從高到低）：

如果可以推導出參數類型則使用推導出的類型
如果函數模板無法推導出參數類型，那麼編譯器會使用默認模板參數
如果無法推導出模板參數類型並且沒有設置默認模板參數，編譯器就會報錯。
看一下下面的例子：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 函數模板定義
template <typename T, typename U = char>
void func(T arg1 = 100, U arg2 = 100)
{
    cout << "arg1: " << arg1 << ", arg2: " << arg2 << endl;
}

int main()
{
    // 模板函數調用
    func('a');
    func(97, 'a');
    // func(); //編譯報錯
    return 0;
}

程序輸出的結果爲:

arg1: a, arg2: d
arg1: 97, arg2: a

 

分析一下調用的模板函數 func()：

func('a')：參數 T 被自動推導爲 char 類型，U 使用的默認模板參數爲 char 類型
func(97, 'a');：參數 T 被自動推導爲 int 類型，U 使用推導出的類型爲 char
func();：參數 T 沒有指定默認模板類型，並且無法自動推導，編譯器會直接報錯
模板參數類型的自動推導是根據模板函數調用時指定的實參進行推斷的，沒有實參則無法推導
模板參數類型的自動推導不會參考函數模板中指定的默認參數。