C++模板

很久没有看过C++模板，因为日常用不到。以前看书的东西已经忘记了。写此文方便自己抓住要点，快速开窍。

模板就是模板，它并不是某种的原始类型。如果把模板当成一个类型，在错误的概念下就会有很多奇怪的矛盾，不合理的地方。

恰如其名：编译器使用模板，通过更换模板参数来创建数据类型。这个过程就是模板实例化(Instantiation)。从模板类创建得到的类型称之为特例(specialization)。模板实例化取决于编译器能够找到可用代码来创建特例(称之为实例化要素，point of instantiation)。要创建特例，编译器不但要看到模板的声明，还要看到模板的定义。模板实例化过程是迟钝的，即只能用函数的定义来实现实例化。

理解了这一点，就基本理解了模板的本质。这也体现了2-level langurage的特点。这也是叫做：图灵完备的函数式编程的原因。

为了实例化，模板编译器很智能，必须能够推导，其核心就是推导出该有的类型。

2. 最初的确是类型泛型引入的，然后要支持3类模板参数：

1. type 2. non-type 2.template arg

然后要推导类型，就发现支持了分支与循环。差不多就图灵完备了。

举个例子：

#include 
template<int N>class sumt{public: static const int ret = sumt<N-1>::ret + N;};template<>class sumt<0>{public: static const int ret = 0;};
int main() { std::cout << sumt<5>::ret << '\n'; std::cin.get(); return 0;}

sumt<5>是一个实例化类型，

然后生成了sumt<4>,sumt<3>...sumt<0>

 C++ 模板是图灵完备的，这使得 C++ 成为两层次语言（two-level languages，中文暂且这么翻译，文献[9]），其中，执行编译计算的代码称为静态代码（static code），执行运行期计算的代码称为动态代码（dynamic code），C++ 的静态代码由模板实现（预处理的宏也算是能进行部分静态计算吧，也就是能进行部分元编程，称为宏元编程，见 Boost 元编程库即 BCCL，文献[16]和文献[1] 10.4）。

具体来说 C++ 模板可以做以下事情：编译期数值计算、类型计算、代码计算（如循环展开），其中数值计算实际不太有意义，而类型计算和代码计算可以使得代码更加通用，更加易用，性能更好（也更难阅读，更难调试，有时也会有代码膨胀问题）。编译期计算在编译过程中的位置请见下图（取自文献[10]），可以看到关键是模板的机制在编译具体代码（模板实例）前执行：

从编程范型（programming paradigm）上来说，C++ 模板是函数式编程（functional programming），它的主要特点是：函数调用不产生任何副作用（没有可变的存储），用递归形式实现循环结构的功能。C++ 模板的特例化提供了条件判断能力，而模板递归嵌套提供了循环的能力，这两点使得其具有和普通语言一样通用的能力（图灵完备性）。

从编程形式来看，模板的“<>”中的模板参数相当于函数调用的输入参数，模板中的 typedef 或 static const 或 enum 定义函数返回值（类型或数值，数值仅支持整型，如果需要可以通过编码计算浮点数），代码计算是通过类型计算进而选择类型的函数实现的（C++ 属于静态类型语言，编译器对类型的操控能力很强）

参考：

关于模板元编程，这是我见过最牛的文章了！-面包板社区

C++模板类之理解编译器的编译模板过程_君临丶天下的博客-CSDN博客