C++/模板

C++的模板（Templates）是為了解決類型參數化問題，允許在編寫代碼時不固定類型，而是在編譯時根據需要傳入具體類型，支持類型的參數化。

C++模板是在編譯時進行實例化的。C++編譯器根據模板的定義生成不同類型的代碼，並在編譯過程中根據實際傳入的類型生成相應的類或函數。

這意味着模板是靜態的，編譯器在編譯期間確定最終的類型。
通過模板，C++可以進行「零開銷抽象」，即編譯器優化掉模板相關的代碼，最終生成非常高效的機器代碼。

C++模板非常強大，可以在編譯時進行複雜的計算，這種特性被稱為模板元編程。通過SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）等機制，C++模板可以根據類型的特性做出條件選擇。可以通過遞歸模板、SFINAE、類型萃取等方式實現強大的功能。

C++11及之後的版本引入了變長模板參數（Variadic Templates），允許模板參數的數量是可變的，這使得C++可以編寫更加靈活的泛型代碼。例如，使用std::tuple和std::make_tuple等功能。

模板形參

模板定義以關鍵字template開始，後接模板形參表（template parameter list），模板形參表是用尖括號括住的一個或者多個模板形參的列表，形參之間以逗號分隔。模板形參可以是：

表示類型的類型形參（type parameter）。類型形參跟在關鍵字class或typename之後聲明。不允許cv限定。在 C++11 之前，類型的模板實參不允許是局部類型（local type）、無鏈接性的類型（type with no linkage）、無名類型（unnamed type）或包括了這三種情形的複合類型。因為這些類型不具備全局鏈接性或命名。然而，C++11 以後，這些限制被放寬，允許使用局部類型、無名類型等作為模板參數，使得模板編程更加靈活和強大。
表示常量表達式的非類型形參（non-type parameter）。非類型形參跟在類型說明符之後聲明。允許用const或volatile限定。不允許聲明為浮點型、class類型、void型。允許聲明為下述形式：
- 整型或枚舉型
- 到對象的指針或函數指針，必須是常量指針
- 到對象的引用或函數引用，必須是常量引用
- 成員指針
- nullptr_t
- 模板的非類型參數被聲明為數組或函數的，將被decay為指針或函數指針。例如：

模板特化

模板特化允許對特定類型做優化，或者去修正模板對某一特定類型實例化之後的行為。

模板特化分為：

全特化：
偏特化：

別名模板

別名模板（aliase template）是C++11引入的技術。在C++03標準中，可以用typedef給全特化模板定義新的類型名。但是不允許用typedef施加於偏特化模板上。C++11增加了給偏特化模板增加別名的功能，例如：

template <typename First, typename Second, int Third>
class SomeType;

template <typename Second>
using TypedefName = SomeType<OtherType, Second, 5>;

//using在C++11中也可用于其他的类型别名的声明:
typedef void (*FunctionType)(double);       // Old style
using FunctionType1 = void (*)(double); // New introduced syntax

默認模板參數

模板形參可以給出默認值（default arguments for template parameters）。如果一個模板參數給出了默認值，那麼模板形參列表中在其後聲明的模板參數都應該給出默認值。例如：

template<class T = char, class U, class V = int> class X { }; //编译出错，或者给出U的默认值，或者不给出T的默认值

可變參數模板

省略號(...)在可變參數模板中有兩種用途：

省略號出現在形參名字左側，聲明了一個參數包（parameter pack）[1]。使用這個參數包，可以綁定0個或多個模板實參給這個模板參數包。參數包也可以用於非類型的模板參數。
省略號出現在包含參數包的表達式的右側，稱作參數包展開（parameter pack expansion），是把這個參數包解開為一組實參，使得在省略號前的整個表達式使用每個被解開的實參完成求值，所有表達式求值結果被逗號分開。這種表達式必須是可接受任意個數的以逗號分開的子表達式。注意這裡的逗號不是作為逗號運算符。

如果在一個參數包展開中同時出現了兩個參數包的名字，則二者在一起同時展開，且應該具有相同長度。這可能出現在類模板帶有一個參數包，它的嵌套的類模板或成員函數模板帶有另一個參數包。