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条款1：理解模版性别推导

news 来源：原创 2025/6/8 2:23:02

问题引出

情况1：ParamType是个指针或引用，但不是个万能引用。

情况2：ParamType是个万能引用

情况3：ParamType既非指针也非引用

问题引出

函数模板大致形如：

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

而一次调用则形如：

f(expr)  //以某表达式调用f

在编译期，编译器会通过expr推导两个型别：一个是T的型别，另一个是ParamType的型别，这两个型别往往不一样。因为，ParamType常会包含了一些饰词，如const或引用符号等限定词。例如，若模板声明如下：

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

而调用语句如下：

int x = 0;

f(x);     //以一个int调用f

在此例中，T被推导为int，而ParamType则被推导为const int&。

我们很自然地会认为，T的型别推导结果和传递给函数的实参型别是同一的。换句话说，T的型别就是expr的型别。在上例中，情况确乎如此：x的型别是int，T的型别也推导为int。但是，这一点并不总是成立。T的型别推导结果，不仅仅依赖于expr的型别，还依赖ParamType的形式。具体要分三种情况讨论：

ParamType具有指针或引用型别，但不是个万能引用。
ParameType是一个万能引用。
ParamType既非指针也非引用。

这么一来，我们就有了三种型别推导场景进行分情况考察。在对它们逐一考察时，我们仍采用前述模板和调用的一般形式。

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

f(expr);  //从expr来推导T和ParamType的型别

情况1：ParamType是个指针或引用，但不是个万能引用。

在这种情况下，型别推导会这样运作：

若expr具有引用型别，先将引用部分忽略。
尔后，对expr的型别和ParamType的型别执行模式匹配，来决定T的型别。

例如，我们的模式如下：

template<typename T>
void f(T& param);     // param是个引用

又声明了下列变量：

int x = 27;          // x的型别是int
const int cx = x;    // cx的型别是const int
const int& rx = x;   // rx是x的型别为const int的引用

在各次调用中，对param和T的型别推导结果如下：

f(x); // T的型别是int，param的型别是int&

f(cx); // T的型别是const int，param的型别是const int&

f(rx); // T的型别是const int，param的型别是const int&

在第二个以及第三个调用语句中，由于cx和rx的值都被指明为const，所以T的型别被推导为const int，从而形参的型别就成了const int&。这一点对于调用者来说至关重要。当人们向引用型别的形参传入const对象时，它们期望该对象保持其不可修改的属性，也就是说，期望该形参成为const的引用型别。这也是为何向持有 T& 型别的模板传入 const 对象是安全的：该对象的常量性（constness）会成为T的型别推导结果的组成部分。

在第三个调用中，请注意，即使rx具有引用型别，T也并未被推导成一个引用。原因在于，rx的引用性（reference-ness）会在型别推导过程中被忽略。

尽管上述调用语句示例演示的都是左值引用形参，但是右值引用形参的型别推导运作方式是完全相同的。当然，传给右值引用形参的，只能是右值引用实参，但这个限定和型别推导无关。

如果我们将形参型别从 T& 改为 const T& ，结果会有一点变化，但这些变化并没有什么出人意料之处。cx和rx的常量性仍然得到了满足，但是由于我们现在会假定param具有const应用型别，T的型别推导结果中包含 const 也就没有必要了。

template<typename T>
void f(const T& param);    // param现在是个const引用了

int x = 27;                // 同前
const int cx = x;          // 同前
const int& rx = x;         // 同前
 
f(x);                      // T的型别是int，param的型别是const int&
f(cx);                     // T的型别是int，param的型别是const int&
f(rx);                     // T的型别是int，param的型别是const int&

一如前例，rx的引用性在型别推导过程中是被忽略的。

如果 param 是个指针（或指涉到 const 对象的指针）而非引用，运作方式本质上并无不同：

template<typename T>
void f(T* param)      // param 现在是个指针了

int x = 27;           // 同前
const int *px = &x;   // px是指涉到x的指针，型别为const int

f(&x);                // T的型别是int，param的型别是int*
f(px);                // T的型别是const int，param的型别是const int*

情况2：ParamType是个万能引用

对于持有万能引用形参的模板而言，规则就不那么明显了。此类形参的声明方式类似右值引用（即在函数模板中持有型别形参T时，万能引用的声明型别写作 T&& ），但是当传入的实参是左值时，其表现会有所不同。

如果 expr 是个左值，T 和 ParamType都会被推导为左值引用。这个结果具有双重奇特之处：首先，这是在模板型别推导中，T被推导为引用型别的唯一情形。其次，尽管在声明时使用的是右值引用语法，它的型别推导结果却是左值引用。
如果 expr 是个右值，则应用“常规”（即情况1中的）规则。

例如：

template<typename T>
void f(T&& param);     // param现在是个万能引用

int x = 27;            // 同前
const int cx = x;      // 同前
const int& rx = x;     // 同前

f(x);                  // x是个左值，所以 T 的型别是 int&，param的型别也是int&

f(cx);                 // cx是个左值，所以T的型别是const int&，
                       // param的型别也是const int&

f(rx);                 // rx是个左值，所以T的型别是const int&，
                       // param的型别也是const int&

f(27);                 // 27是个右值，所以T的型别是int，
                       // 这么一来，param的型别就成了 int&&

关键之处在于，万能引用形参的型别推导不同于左值引用和右值引用形参。具体地，当遇到万能引用时，型别推导规则会区分实参是左值还是右值。而非万能引用时从来不会作这样的区分的。

情况3：ParamType既非指针也非引用

当ParamType既非指针也非引用时，我们面对的就是所谓按值传递了：

template<typename T>
void f(T param);     //param现在是按值传递

这意味着，无论传入的是什么，param都会是它的一个副本，也即一个全新对象。param会是个全新对象这一事实促成了如何从expr推导T的型别的规则：

一如之前，若expr具有引用型别，则忽略其引用部分。
忽略expr的引用性之后，若expr是个const对象，也忽略之。若其是个 volatile 对象，同忽略之（volatile对象不常用，它们一般仅用于实现设备驱动程序。）

所以，

int x = 27;          // 同前
const int cx = x;    // 同前
const int &rx = x;   // 同前

f(x);                // T和param的型别都是int
f(cx);               // T和param的型别还都是int
f(rx);               // T和param的型别仍都是int

请注意，即使cx和rx代表const值，param仍然不具有const型别。这是合理的。param是个完全独立于cx和rx存在的对象——是cx和rx的一个副本。从而cx和rx不可修改这一事实并不能说明param是否可以修改。正是由于这一原因，expr的常量性以及挥发性（volatileness，若有）可以在推导param的型别时加以忽略：仅仅由于expr不可修改，并不能断定其副本也不可修改。

需要重点说明的是，const（和volatile）仅会在按值形参处被忽略。正如此前所见，若形参是const的引用或指针，expr的常量性会在型别推导过程中加以保留。但是考虑这种情况：expr是个指涉到const对象的const指针，且expr按值传给param：

template<typename T>
void f(T param);         // param仍按值传递

const char* const ptr = "Fun with pointers";  // ptr是个指涉到const对象的const指针

f(ptr);                  // 传递型别为const char * const的实参

这里位于星号右侧的const将ptr声明为const：ptr不可以指涉到其他内存位置，也不可以被置为null【位于星号左侧的const则将ptr指涉到的对象（那个字符串）为const，即将字符串不可修改】。可ptr被传递给f时，这个指针本身将会按比特复制给param。换言之，ptr这个指针自己会被按值传递。依照按值传递形参的型别推导规则，ptr的常量性会被忽略，param的型别会被推导为const char *，即一个可修改的、指涉到一个const字符串的指针。在型别推导的过程中，ptr指涉到的对象的常量性会得到保留，但其自身的常量性则会以复制方式创建新指针param的过程中被忽略。