C++17新特性之类模板参数推断

一、前言

当我们使用类模板时,我们必须要指定所有的模板参数,除非某参数具有默认的实参(default argument)。在c++17中,标准委员会加入了一个叫模板参数推断(class template argument dedection)的新特性,可以在声明一个类模板对象时不去指定模板参数,由编译器去自行推断。下面我们来看一看使用这一新特性需要注意的点。
Attention:本文代码使用编译器为msvc,开发环境为visual studio 2017 community 15.7.3,如有错误请批评指正,我会在检查后尽快修改。

二、如何使用类模板参数推断

首先,我们先定义一个简单的类模板,然后通过该类模板来说明如何使用类模板参数推断。

template <typename T,typename Cont=std::vector<T>>
class Container {
public:
    Container() = default;
    Container(const T&);
    void ShowContent();
    void push(const T& elem);
    void pop();
    bool isEmpty();
private:
    Cont elemCollection;
};

template <typename T,typename Cont>
Container<T, Cont>::Container(const T& t) :elemCollection({ t }) {}

template <typename T,typename Cont>
void Container<T, Cont>::push(const T& elem) {
    elemCollection.push_back(elem);
}

template <typename T,typename Cont>
void Container<T, Cont>::pop() {
    elemCollection.pop_back();
}

template <typename T,typename Cont>
bool Container<T, Cont>::isEmpty() {
    return elemCollection.empty();
}

template <typename T,typename Cont>
void Container<T, Cont>::ShowContent() {
    for (auto beg = elemCollection.begin(); beg != elemCollection.end(); ++beg) {
        std::cout << *beg << '\n';
    }
}

在C++17之前,我们可以这样声明一个Container的对象:

Container<std::string> stringContainer;

但是在C++17之后,我们可以让编译器自己来推断类模板的参数。例如,我们可以进行如下定义:

Container stringContainer("testStr");

这里我们没有显式(explicitly)指定类模板的参数,编译器为我们推断了这些参数。但是,需要注意的是,当类模板的参数通过传引用(passed-by-reference)的方式传入构造函数时,编译器在进行类型推断时是不会发生衰退的(decay)。也就是说,对于前面所定义的stringContainer,推断出来的类型T为const char[8],这显然与我们的初衷不符,该类型只能存放一定大小的C-style字符串。
解决这一问题的方式就是在编写构造函数时,将类模板的参数使用传值(passed-by-value)的方式传入。此外,为了避免额外的拷贝,我们在初始值列表(initializer list)中使用移动std::move操作,更改后构造函数如下:

template <typename T,typename Cont>
Container<T, Cont>::Container(T t) :elemCollection({ std::move(t) }) {}

此时,经过编译器推断,T类型被实例化(instantiated)为const char*,这样我们就完成了跟显式指定T为std::string近似的工作,还要注意的是,在使用push操作时,如果参数为std::string类型,需要使用标准库定义的c_str()函数来讲标准库类型的字符串转化为C-style的字符串。
听起来使用argument deduction十分的麻烦,其实我们只是选择了std::string一个较为麻烦的例子。由于一些历史原因,C-style的字符串在CPP中被保留,在函数的参数选择上,无论库的编写者使用std::string还是const char*,都不可能让所有用户满意,前几天听说了一个新的概念,叫做string_view,目前还没有来得及看,等有时间了看看。目前对于我们来说,尽量使用标准库定义的string类型就可以了。
扯远了,这里我们还可以试试别的,例如:

Container intContainer = 1;
Container<int> intContainer;//in contrast

这两句完成的模板参数实例化是一样的。
其实标准委员会还提供了一个方法来解决参数类型推断的问题,那就是使用推断向导(deduction guide),下面来讲一讲deduction guide。

三、推断向导(deduction guide)

我们可以必须在类模板声明的同一个namescope中定义deduction guide,一般位于类声明的后面。示例如下:

Container(const char*)->Container<std::string>;

这样我们就相当于告诉编译器,如果传入的实参为C-style的字符串,那么就将T推断为std::string

四、小结

这个新特性减少了类模板参数的指定,我们在使用时更多的还是要关注其背后的一些东西,不能生搬硬套,那样的话还不如直接显示指定。

五、参考文献

[1]C++ Templates: The Complete Guide, 2nd EditionNicolai M. Josuttis,2017
[2]Lippman S B, Lajoie J, Moo B E. C++ Primer, 5th Edition[J]. 2013.

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