C++11 新特性之template

       本文是C++11新特性介绍的第九部分，涉及到template相关的新特性。

function

       C++提供了很多种可调用对象，例如函数指针、lambda、重载了operator()的对象等。有时我们需要将这些对象统一管理，这时使用如下这种方式是不行的。

int add(int i, int j) { return i + j; }
struct divide
{
    int operator()(int i, int j)
    {
        return i / j;
    }
};
 
std::map<std::string, int(*)(int, int)>> binops = {
    {"+", add},
    {"-", std::minus<int>()},
    {"*", [](int i, int j) {return i * j; }},
    {"/", divide()},
};

       无法直接将binops中的可调用对象直接转换成int(*)(int, int)。
       C++11新标准中提供了一个名为function的标准库类，可以用function来表示以上所有的函数调用，只要这些函数调用的参数类型和返回类型是一致的。

std::cout<<"test function<T>:\n";
std::map<std::string, std::function<int(int, int)>> binops = {
    {"+", add},
    {"-", std::minus<int>()},
    {"*", [](int i, int j) {return i * j; }},
    {"/", divide()},
};

std::cout<<"+:\t"<<binops["+"](1, 2)<<"\n";
std::cout<<"-:\t"<<binops["-"](1, 2)<<"\n";
std::cout<<"*:\t"<<binops["*"](1, 2)<<"\n";
std::cout<<"/:\t"<<binops["/"](1, 2)<<"\n";
std::cout<<"test function<T> done.\n"<<std::endl;

模板友元

       在新标准中，可以声明一个类的模板参数类型为类的友元。

template<typename T> class Bar
{
    friend T;
protected:
    int val = 100;
};
 
class Foo
{
public:
    void print_bar(Bar<Foo> &bar) {std::cout<<"bar:\t"<<bar.val<<std::endl;}
};
 
std::cout<<"test friend template type:\n";
Bar<Foo> bar;
Foo foo;
foo.print_bar(bar);
std::cout<<"test friend template type done.\n"<<std::endl;

       可以看到，由于友元机制，在Foo中可以直接访问到Bar的protected属性。

模板别名

       新标准中，可以使用using为模板声明别名。

template<typename T> using twin = std::pair<T, T>;
template<typename T> using str_int = std::pair<T, int>;
 
std::cout<<"test template alias:\n";
twin<std::string> twin_str = {"abc", "def"};
std::cout<<"twin_str:\t"<<twin_str.first<<'\t'<<twin_str.second<<std::endl;
str_int<std::string> strno = {"abc", 100};
std::cout<<"strno:\t"<<strno.first<<'\t'<<strno.second<<std::endl;
std::cout<<"test template alias done.\n"<<std::endl;

       可以看到，在声明str_int的时候，还可以用某一类型部分实例化模板。这是一个挺好用的特性。

默认参数

       新标准中，可以像为函数提供默认参数一样，为模板参数提供默认值。

template<typename T, typename F=std::less<T>>
int compare(const T &v1, const T &v2, F f=F())
{
    if(f(v1, v2)) return -1;
    if(f(v2, v1)) return 1;
    return 0;
}
 
std::cout<<"test default template parameter:\n";
std::cout<<"compare int 1 2:\t"<<compare(1, 2)<<std::endl;
std::cout<<"compare int 2.0 1.0:\t"<<compare(2.0, 1.0)<<std::endl;
//std::cout<<"compare int 2.0 1:\t"<<compare(2.0, 1)<<std::endl; // wrong. can't determine which type is T
std::cout<<"test default template parameter done.\n"<<std::endl;

尾置返回类型

       当时用模板定义一个函数时，有时函数的返回类型是和模板参数相关的，这时可以通过decltype获得返回类型。

template<typename It>
decltype(*beg) get_begin(It beg)
{
    return *beg;
}

       但是这样写是无法通过编译的，因为decltype进行类型推断时，beg还不存在。所以这时需要使用尾置返回类型。

template<typename It>
auto get_begin(It beg) -> decltype(*beg)
{
    return *beg;
}

std::cout<<"test tail return type of template:\n";
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
std::cout<<"get_begin:\t"<<get_begin(numbers.begin())<<std::endl;
std::cout<<"test tail return type of template done.\n";

不定长模板

       新标准中，可以定义一个不定长度的模板参数列表。这种形式，一般和递归结合使用。

template<typename T>
std::ostream &print_variadic(std::ostream &os, const T &t)
{
    return os<<t<<std::endl;
}
 
template<typename T, typename... Args>
std::ostream &print_variadic(std::ostream &os, const T &t, const Args&... rest)
{
    os<<t<<"(remain size: "<<sizeof...(Args)<<"), ";
    return print_variadic(os, rest...);
}
 
std::cout<<"test variadic template:\n";
print_variadic(std::cout, 100, "s", 56.76, 101);
std::cout<<"test variadic template done.\n";

       第一次为print_variadic传入了4个需要打印的对象，则实例化第二个不定长模板函数，将100赋值给t，并将剩余的3个参数打包成rest。
       在内部递归中，将不断的将rest包中的第一个参数拿出来付给t，剩余参数打包进行下一次递归调用。
       最后只剩一个参数时，两种形式的print_variadic都可以匹配，但是第一种没有模版参数包的版本更加特例化，因此将调用第一种形式的print_variadic，结束递归。

总结

       1.提供了一个名为function的标准库类，可以用function来表示多个不同形式的函数调用，只要这些函数调用的参数类型和返回类型是一致的。
       2.在新标准中，可以声明一个类的模板参数类型为类的友元。
       3.新标准中，可以使用using为模板声明别名。
       4.新标准中，可以像为函数提供默认参数一样，为模板参数提供默认值。
       5.部分模板函数返回值需要使用尾置返回类型。
       6.新标准中，可以定义一个不定长度的模板参数列表，将参数打包。这种形式，一般和递归结合使用。