c++11-17 模板核心知識（十二）—— 模板的模板引數 Template Template Parameters

張雅宸發表於2020-12-04
C++

概念

一個模板的引數是模板型別。

舉例

在c++11-17 模板核心知識（二）—— 類别範本 中，如果我們想要允許指定儲存Stack元素的容器，是這麼做的：

template <typename T, typename Cont = std::vector<T>> 
class Stack {
private:
  Cont elems; // elements
  ......
};

使用：

Stack<double,std::deque<double>> dblStack;

但是這樣的缺點是需要指定元素型別兩次，然而這兩個型別是一樣的。

使用模板的模板引數（Template Template Parameters），允許我們在宣告Stack類别範本的時候只指定容器的型別而不去指定容器中
元素的型別。例如：

template <typename T, template <typename Elem> class Cont = std::deque>
class Stack {
private:
  Cont<T> elems; // elements
public:
  void push(T const &); // push element
  void pop();           // pop element
  T const &top() const; // return top element
  bool empty() const {  // return whether the stack is empty
    return elems.empty();
  }
  ...
};

使用：

Stack<int, std::vector> vStack;      // integer stack that uses a vector

與第一種方式的區別是：第二個模板引數是一個類别範本：

template<typename Elem> class Cont

預設值從std::deque<T>改為了std::deque.

在C++17之後，模板的模板引數中的class也可以使用typename，但是不可以使用struct和union：

template <typename T,
          template <typename Elem> typename Cont = std::deque>
class Stack {       // ERROR before C++17
  ...
};

......

template<template<typename X> class C> // OK
void f(C<int>* p);

template<template<typename X> struct C> // ERROR: struct not valid here
void f(C<int>* p);

template<template<typename X> union C> // ERROR: union not valid here
void f(C<int>* p);

當然，由於模板的模板引數中的Elem沒有用到，可以省略：

template <typename T, template <typename> class Cont = std::deque> 
class Stack {
  ...
};

另外注意一點，模板的模板引數中的模板引數，只能和模板的模板引數配合用。有點饒，舉個例子：

template<template<typename T, T*> class Buf>        // OK
class Lexer {
    static T* storage;        // ERROR: a template template parameter cannot be used here
    ...
};

模板的模板引數的引數匹配 Template Template Argument Matching

大家可以嘗試自己編譯一下上面的程式碼，可能會出現下列問題：

error: template template argument has different template parameters than its corresponding template template parameter
template <typename T, template <typename Elem> class Cont = std::deque>

...

/Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin/../include/c++/v1/deque:1197:1: note: too many template parameters in template template argument
template <class _Tp, class _Allocator /*= allocator<_Tp>*/>

意思是std::deque和Cont不匹配。標準庫的std::deque有兩個引數，還有一個預設引數Allocator :

template <class _Tp, class _Allocator = allocator<_Tp> > class _LIBCPP_TEMPLATE_VIS deque;

解決辦法一

將Cont和std::deque的引數匹配即可：

template <typename T,
          template <typename Elem, typename Alloc = std::allocator<Elem>>
          class Cont = std::deque>
class Stack {
......
};

這裡的Alloc沒有用到，同樣可以省略。

成員函式定義舉例：

template<typename T, template<typename,typename> class Cont>
void Stack<T,Cont>::push (T const& elem) {
    elems.push_back(elem);       // append copy of passed elem
}

解決辦法二

利用c++11-17 模板核心知識（四）—— 可變引數模板 Variadic Template

template <typename T,
          template <typename......>
          class Cont = std::deque>
class Stack {
......
};

但是，這點對於std::array無效，因為std::array的第二個引數是非型別模板引數 Nontype Template Parameters:

// template<typename T, size_t N>
// class array;

假如使用 Stack<int,std::array> s;，那麼編譯器會報錯：

/Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin/../include/c++/v1/array:126:29: note: template parameter has a different kind in template argument
template <class _Tp, size_t _Size>
                            ^
main.cc:22:33: note: previous template template parameter is here
          template <typename... Elem>
                                ^

(完)

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