Back to Basics: Templates - Part 1

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档系统阐述了C++模板的基础知识，包括模板参数、模板参数、变量模板、模板特化、翻译单元的概念，以及编译和链接过程。其中，模板参数是模板声明中定义的名称，而模板参数是用于创建特化模板的具体项。此外，文档还涉及了编译的各个阶段，包括词法分析、语法分析、语义分析和代码生成，并提到了翻译单元的概念。最后，文档推荐了多本参考书籍，如《C++ Templates The Complete Guide》和《Effective Modern C++》。

AI总结

## 《Back to Basics: Templates - Part 1》摘要

该文档是CppCon 2021会议上关于C++模板基础的讲座内容，主要涵盖了模板的核心概念、变量模板、模板参数与论据、替换过程以及编译过程等内容。以下是总结：

1. **模板基础**：
- 模板是C++的一项强大功能，允许根据参数生成代码。
- 模板可以用于类、函数、成员函数、类型别名、变量和lambda函数。
- 常见的模板类型包括类模板和函数模板。

2. **变量模板**：
- 引入于C++14，允许根据参数生成变量或静态数据成员。
- 示例：`template inline constexpr T pi = T(3.1415926535897932385L);`
- 应用场景：`circular_area`函数使用变量模板`pi`来计算圆的面积。

3. **类模板和函数模板**：
- 类模板：用于定义类家族，例如`pair`。通过在声明时指定模板参数，生成具体类，如`pair my_pair;`。
- 函数模板：用于定义函数家族，例如`max`函数模板。调用时可以显式指定模板参数（如`max(0, 1)`)，也可以由编译器推导（如`max(s1, s2)`）。

4. **模板参数与模板论据**：
- 模板参数是模板声明中定义的名称，如`T1`和`T2`在`pair`模板中。
- 模板论据是用于替换模板参数的具体类型或值，如`string`和`double`在`pair`中。

5. **模板替换**：
- 模板替换是指将模板参数替换为具体的模板论据以生成代码的过程。这个过程发生在编译的第8阶段。

6. **编译过程**：
- C++编译分为翻译和链接两个主要阶段。
- 翻译阶段包括：
- 预处理（阶段1-3）：处理宏展开和条件包含。
- 语法分析和代码生成（阶段4-7）：生成模板代码。
- BoxFit合成（阶段8）：替换模板参数并生成具体代码。
- 链接阶段将生成的目标文件和库文件合并成可执行程序。

7. **专用化**：
- 通过特化模板参数来定制某些情况的行为，例如：

     template
     RT* address_of(T& value) {
         return static_cast(&value);
     }

- 依据模板论据的不同，编译器会选择最合适的特化版本。

8. **模板专用化与重载**：
- 讨论了如何通过�RailLECTION或特示化来满足特定类型的需求，从而生成更优化的代码。

9. **代码示例**：
- 例如，使用`max`模板函数：`double d = max(0, 1);`
- 使用`pair`类模板：`pair my_pair;`

10. **关键术语**：
- 理解模板相关的专业术语对于讨论和理解模板功能至关重要。
- 例如，指出生成类的区别，明确“类模板”和其他类型的模板。

11. **编译过程详解**：
- 预处理阶段：处理源代码中的宏和条件指令。
- 翻译单元：生成具体的目标代码，里面包含了模板的展开和替换。
- 模板的解析和替换发生在编译阶段，而不是链接阶段。

12. **总结与参考资料**：
- 本讲座为系列的第一部分，后续内容将更深入地探讨模板的高级用法。
- 推荐的参考书籍包括《C++ Templates The Complete Guide, Second Edition》和《Effective Modern C++》。
- 更多资料可参考cppreference.com。

通过本次讲座，听众对C++模板的基本概念和用法有了更深入的理解，为后续更复杂的模板用法打下了坚实的基础。