C++ 模板階段性總結：從實例化機制到元編程核心技法

核心認知：模板非類別/函式，而是「模具」

template 
class AutoList { ... }; // AutoList 是模板，非類型

AutoList myList; // 錯誤：缺少模板參數
AutoList intList;   // 正確：實例化為具體類型 AutoList
AutoList longList; // 另一個獨立類型

編譯器根據模板參數實例化生成具體代碼。每組參數生成一份代碼——代碼膨脹風險需注意。

模板函式與 inline

template  inline T test(const T&); // 正確
inline template  T test(const T&); // 錯誤：inline 必須在 template 之後

模板實參推演與隱式轉換

• 推演過程不進行隱式類型轉換匹配現有實例，而是生成新實例。
• 陣列參數加引用（T (&)[N]）可保留大小資訊，避免退化為指標導致類型不匹配。
• const 轉換規則：非 const 實參可傳給 const 引用/指標參數（安全）；傳值參數忽略 const。

編譯模型：包含模型

• 僅在使用模板時實例化。
• 編譯器需可見模板定義源碼（通常放在頭文件）。
• 分離編譯模型（export）已被 C++ 標準移除。

非類型模板參數

template 
class Test { ... };
Test<80, 60> obj; // 實參必須為編譯期常數表達式

模板特化與進階技巧

1. 模板參數本身為模板

template  class Container = vector>
class MyStack { ... };

2. 顯式實例化：分離聲明與定義

// .h
template  class Test { void setData(const T&); T getData(); };
// .cpp
template  void Test::setData(const T& v) { ... }
template  T Test::getData() { ... }
template class Test; // 顯式實例化 int 版本

模板元編程：編譯期計算

template 
struct Factorial { enum { value = N * Factorial::value }; };
template <> struct Factorial<0> { enum { value = 1 }; };

Factorial<5>::value; // 編譯期得到 120

將運算從執行期遷移至編譯期，提前發現錯誤，提升執行效能（代價：編譯時間變長）。

隱式介面與編譯期多態

// 顯式介面 + 執行期多態
void doProcessing(Widget& w) { if (w.size() > 10) { Widget tmp(w); tmp.normalize(); tmp.swap(w); } }

// 隱式介面 + 編譯期多態
template 
void doProcessing(T& w) { if (w.size() > 10) { T tmp(w); tmp.normalize(); tmp.swap(w); } }

• 顯式介面基於函式簽名；隱式介面基於有效表達式。
• 隱式介面更靈活：w != nasty 不要求 T 有 operator!=，只要存在可轉換的比較運算子即可。

typename 雙重含義

• 模板參數列表中 class 與 typename 等價。
• 嵌套從屬類型名稱前必須加 typename 告訴編譯器這是型別：

template 
void print2nd(const C& container) {
    typename C::const_iterator* x; // 必須加 typename
    // ...
}

typedef char TrueType;
struct FalseType { char a[2]; };

template  static TrueType TestIsClass(int C::*); // 類型有成員指標
template  static FalseType TestIsClass(...);     // 通配

template 
struct IsClass {
    enum { OK = (sizeof(TestIsClass(0)) == sizeof(TrueType)) };
};