[Effective Modern C++] Item 1. Understand template type deduction - 了解模板类型推断

条款一 了解模板类型推断

基本情况

首先定义函数模板和函数调用的形式如下，在编译期间，编译器推断T和ParamType的类型，两者基本不相同，因为ParamType常常包含const、引用等修饰符

template<typename T>
void f(ParamType param); // 函数模板形式
f(expr); // 函数调用

存在T的类型即为expr类型的情况，如下T为int

templat<typename T>
void f(const T& param);
int x = ;
f(x); // T -> int

但是T的类型的推断不仅与expr有关，还和ParamType有关。有如下三种情况：

• ParamType是指针或引用类型，但不是通用引用（universal reference）

　　如果expr是引用类型，则忽略引用部分

　　然后通过模式匹配expr与ParamType来决定T

　　向函数模板传递一个const对象是合法的，T会添加对应的const，如下所示

template<typename T>
void f(T& param);

int x = ;
const int cx = x;
const int& rx = x;

f(x); // T -> int, param -> int&
f(cx); // T -> const int, param -> const int&
f(rx); // T -> const int, param -> const int&

　　以上示例演示的是左值引用形参，对于右值应用也一样，当然只有右值实参能传入右值引用形参，但对于类型推断没有影响

　　const T&的情况

template<typename T>
void f(const T& param);

int x = ;
const int cx = x;
const int& rx = x;

f(x); // T -> int, param -> int&
f(cx); // T -> int, param -> const int&
f(rx); // T -> int, param -> const int&

　　T*的情况

template<typename T>
void f(T* param);

int x = ;
const int *px = &x;

f(&x); // T int, param -> int*
f(px); // T const int, param -> const int*

• ParamType是通用引用

　　如果expr是左值，则T与ParamType被推断为左值引用。这非常不同寻常，首先这是模板类型的唯一情境T被推断为引用，然后即使ParamType的语法是一个右值引用，它推断出的类型也是左值引用

　　如果expr是右值，则适用情况一的规则

template<typename T>
void f(T&& param);

int x = ;
const int cx = x;
const int& rx = x;

f(x); // x -> lvalue, T -> int&, param -> int&
f(cx); // x -> lvalue, T -> const int&, param -> const int&
f(rx); // x -> lvalue, T -> const int&, param -> const int&
f(); // 27 -> rvalue, T -> int, param -> int&&

　　当使用通用引用的时候，左值实参与右值实参的类型推断不同，但是对于非通用引用则没有区别

• ParamType既不是指针又不是引用

　　如果expr是引用类型，则忽略引用部分

　　在忽略引用部分后，如果expr是const或volatile，也同时忽略

template<typename T>
void f(T param);

int x = ;
const int cx = x;
const int& rx = x;

f(x); // T -> int, param -> T
f(cx); // T -> int, param -> T
f(rx); // T -> int, param -> T

　　由于是拷贝，实参的const不再生效

　　以下是一个特殊情形分析

template<typename T>
void f(T param);

const char* const ptr = "Fun with pointers";

f(ptr); // T -> const char*, param -> const char*

　　ptr是按值传递，则ptr的const需要舍弃，则param的类型为const char*

数组实参

尽管数组类型与指针类型在有时候可以转换（许多情境下数组退化为指向第一个元素的指针，array-to-pointer decay rule），但依旧值得探讨一些细节问题。

实际上没有数组类型的形参，其会转换为指针

一般数组情形

template<typename T>
void f(T param);

const char name[] = "J. P. Briggs";

f(name); // T -> const char*, param -> const char*

引用数组情形

template<typename T>
void f(T& param);

const char name[] = "J. P. Briggs";

f(name); // T -> const char[13], param -> const char(&)[13]

以下函数在编译器能直接获取已知数组的长度

template<typename T, std::size_t N>
constexpr std::size_t arraySize(T (&)[N]) noexcept {
    return N;
}

函数实参

函数类型也会退化为函数指针类型，其规则和数组相同

void someFunc(int, double);

template<typename T>
void f1(T param);

template<typename T>
void f2(T& param);

f1(someFunc); // T -> void (*)(int, double), param -> void (*)(int, double)
f2(someFunc); // T -> ?, param -> void (&)(int, double)

总结

• 在模板类型推断过程中，引用实参被当做非引用处理，所以他们的引用性被忽略
• 当推断通用引用的形参时，左值实参特殊对待
• 当推断传值形参的类型时，const、volatile的实参忽略其const、volatile
• 在模板类型推断的过程中，数组或函数的实参退化为指针，除非他们被用来初始化引用