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  • 從陣列中推導模板引數
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釋出於 2011 年 8 月 26 日 (最後更新於 2011 年 8 月 26 日)

從陣列維度推導模板引數

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C++ 的模板機制不僅允許您使用型別（如 std::vector<int> 中的 int）進行引數化，還可以使用值進行引數化。非型別模板引數可以是以下型別[1]
  • 整型（或列舉）值
  • 物件/函式指標
  • 物件/函式引用
  • 成員指標

我將探討其中第一種型別——整數——以及模板引數推導如何處理陣列。

模板引數推導是指在模板引數未指定時，編譯器如何確定例項化模板的機制，例如：
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std::vector<int> vi;
std::sort(vi.begin(), vi.end());

儘管我們沒有為 std::sort() 指定要使用的迭代器型別，但編譯器會根據我們提供的引數進行推導。

陣列維度作為模板引數

我們可以建立一個以陣列維度為模板的函式
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#include <iostream>
#include <string>

template<int N>
void fun(std::string s[N])
{
   for (int i(0); i < N; ++i)
      std::cout << i << ": " << s[i] << std::endl;
}

int main()
{
   std::string s[2] = {"hello", "world"};
   fun<2>(s);
}

$> ./a.out
0: hello
1: world

請注意，在此實現中省略顯式模板引數，改用 fun(s) 呼叫，將會導致編譯錯誤。
$> g++ broken.cpp 
broken.cpp: In function ‘int main()’:
broken.cpp:14:9: error: no matching function for call to ‘fun(std::string [2])’

這讓我困惑了一段時間，因為我一直認為模板引數可以從陣列維度推匯出來。

（注：順便說一句，如果您寫成 fun<500>(s) 也能正常工作；我認為這是因為陣列會退化為指標，然後指標可以輕鬆地初始化陣列引數。）

從陣列維度推導模板引數

Stroustrup 的 TCPL 說道[2]，“編譯器可以從型別為...type[I] 的函式模板引數中推匯出非型別模板引數 I”，這對我來說意味著上述情況應該能夠正常工作。
我花了些時間琢磨為什麼引數不能被推匯出來，最終找到了答案。標準規定，型別為“N T 的陣列”（例如，“5 個 int 的陣列”）的值可以轉換為型別為“T 的指標”的右值。[3] 這意味著陣列的大小在例項化過程中丟失了，因此 N 的值無法推導，模板例項化失敗，並且——在我們上面的例子中——無法解析 fun()。

防止這種轉換（稱為“退化”）的方法是將函式引數宣告為陣列的引用，方法是將 fun(string s[N]) 改為 fun(string (&s)[N])。
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template<int N>
void fun(string (&s)[N])
{
   for (int i(0); i < N; ++i)
      cout << i << ": " << s[i] << endl;
}

int main()
{
   string s[2] = {"hello", "world"};
   fun(s);
}

這樣就能正常工作了！


多維陣列

有趣的是，雖然在這個多維陣列的替代實現中我沒有宣告陣列的引用，但它仍然正常工作。
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template<int N>
void fun(string s[1][N])
{
   for (int i(0); i < N; ++i)
      cout << i << ": " << s[0][i] << endl;
}

int main()
{
   string s[1][2] = {{"hello", "world"}};
   fun(s);
}


原因是陣列退化不會遞迴發生。因此，在呼叫 fun() 時，int[1][2] 退化為指向 2 個 int 陣列的指標，僅此而已，之後不再退化，因此仍然保留了大小資訊。（注：我找不到這方面的權威證據；這可能是在標準中沒有說明它應該遞迴發生的情況下隱含的。）
本文最初發表於 The other branch。

腳註

  • 1 這是 C++98 和 03 中指定的列表（參見 ISO C++ 標準 14882 14.1.4）；C++11 增加了一些內容。
  • 2 Stroustrup - The C++ Programming Language, Special Edition；附錄 C.13.4 - Deducing Function Template Arguments
  • 3 ISO C++ 標準 14882 4.2.1。