Шаблоны типа

8.5 Разрешение перегрузки для шаблонной функции

К параметрам шаблонной функции нельзя применять никаких преобразований типа. Вместо этого при необходимости создаются новые варианты функции:

template<class T> T sqrt(t);

void f(int i, double d, complex z)
{
  complex z1 = sqrt(i);  // sqrt(int)
  complex z2 = sqrt(d);  // sqrt(double)
  complex z3 = sqrt(z);  // sqrt(complex)
  // ...
}

Здесь для всех трех типов параметров будет создаваться по шаблону своя функция sqrt. Если пользователь захочет чего-нибудь иного, например вызвать sqrt(double), задавая параметр int, нужно использовать явное преобразование типа:

template<class T> T sqrt(T);

void f(int i, double d, complex z)
{
  complex z1 = sqrt(double(i));  // sqrt(double)
  complex z2 = sqrt(d);  // sqrt(double)
  complex z3 = sqrt(z);  // sqrt(complex)
  // ...
}

В этом примере по шаблону будут создаваться определения только для sqrt(double) и sqrt(complex).

Шаблонная функция может перегружаться как простой, так и шаблонной функцией того же имени. Разрешение перегрузки как шаблонных, так и обычных функций с одинаковыми именами происходит за три шага:

Эти правила слишком строгие, и, по всей видимости будут ослаблены, чтобы разрешить преобразования ссылок и указателей, а, возможно, и другие стандартные преобразования. Как обычно, при таких преобразованиях будет действовать контроль однозначности.

1. Найти функцию с точным сопоставлением параметров ( R.13.2); если такая есть, вызвать ее.
2. Найти шаблон типа, по которому можно создать вызываемую функцию с точным сопоставлением параметров; если такая есть, вызвать ее.
3. Попробовать правила разрешения для обычных функций ( R13.2); если функция найдена по этим правилам, вызвать ее, иначе вызов является ошибкой.

В любом случае, если на первом шаге найдено более одной функции, вызов считается неоднозначным и является ошибкой. Например:

template<class T>
 T max(T a, T b) { return a>b?a:b; };

                      void f(int a, int b, char c, char d)
                      {
 int m1 = max(a,b);  // max(int,int)
 char m2 = max(c,d); // max(char,char)
 int m3 = max(a,c);  // ошибка: невозможно
                     // создать max(int,char)
                      }

Поскольку до генерации функции по шаблону не применяется никаких преобразований типа (правило [2]), последний вызов в этом примере нельзя разрешить как max(a,int(c)). Это может сделать сам пользователь, явно описав функцию max(int,int). Тогда вступает в силу правило [3]:

template<class T>
   T max(T a, T b) { return a>b?a:b; }

int max(int,int);

void f(int a, int b, char c, char d)
{
  int m1 = max(a,b);     // max(int,int)
  char m2 = max(c,d);    // max(char,char)
  int m3 = max(a,c);     // max(int,int)
}

Программисту не нужно давать определение функции max(int,int), оно по умолчанию будет создано по шаблону.

Можно определить шаблон max так, чтобы сработал первоначальный вариант нашего примера:

template<class T1, class T2>
   T1 max(T1 a, T2 b) { return a>b?a:b; };

void f(int a, int b, char c, char d)
{
  int m1 = max(a,b);    // int max(int,int)
  char m2 = max(c,d);   // char max(char,char)
  int m3 = max(a,c);    // max(int,char)
}

Однако, в С и С++ правила для встроенных типов и операций над ними таковы, что использовать подобный шаблон с двумя параметрами может быть совсем непросто. Так, может оказаться неверно задавать тип результата функции как первый параметр (T1), или, по крайней мере, это может привести к неожиданному результату, например для вызова

max(c,i);  // char max(char,int)

Если в шаблоне для функции, которая может иметь множество параметров с различными арифметическими типами, используются два параметра, то в результате по шаблону будет порождаться слишком большое число определений разных функций. Более разумно добиваться преобразования типа, явно описав функцию с нужными типами.

8.6 Параметры шаблона типа

Параметр шаблона типа не обязательно должен быть именем типа (см. R.14.2). Помимо имен типов можно задавать строки, имена функций и выражения-константы. Иногда бывает нужно задать как параметр целое:

template<class T, int sz> class buffer {
    T v[sz];   // буфер объектов произвольного типа
    // ...
 };

 void f()
 {
   buffer<char,128> buf1;
   buffer<complex,20> buf2;
   // ...
 }

Мы сделали sz параметром шаблона buffer, а не его объектов, и это означает, что размер буфера должен быть известен на стадии трансляции, чтобы его объекты было можно размещать, не используя свободную память. Благодаря этому свойству такие шаблоны как buffer полезны для реализации контейнерных классов, поскольку для последних первостепенным фактором, определяющим их эффективность, является возможность размещать их вне свободной памяти. Например, если в реализации класса string короткие строки размещаются в стеке, это дает существенный выигрыш для программы, поскольку в большинстве задач практически все строки очень короткие. Для реализации таких типов как раз и может пригодиться шаблон buffer.

Каждый параметр шаблона типа для функции должен влиять на тип функции, и это влияние выражается в том, что он участвует по крайней мере в одном из типов формальных параметров функций, создаваемых по шаблону. Это нужно для того, чтобы функции можно было выбирать и создавать, основываясь только на их параметрах:

template<class T> void f1(T);     // нормально
 template<class T> void f2(T*);    // нормально
 template<class T> T f3(int);      // ошибка
 template<int i> void f4(int[][i]);   // ошибка
 template<int i> void f5(int = i);    // ошибка
 template<class T, class C> void f6(T);  // ошибка
 template<class T> void f7(const T&, complex);  // нормально
 template<class T> void f8(Vector< List<T> >);  // нормально

Здесь все ошибки вызваны тем, что параметр-тип шаблона никак не влияет на формальные параметры функций.

Подобного ограничения нет в шаблонах типа для классов. Дело в том, что параметр для такого шаблона нужно указывать всякий раз, когда описывается объект шаблонного класса. С другой стороны, для шаблонных классов возникает вопрос: когда два созданных по шаблону типа можно считать одинаковыми? Два имени шаблонного класса обозначают один и тот же класс, если совпадают имена их шаблонов, а используемые в этих именах параметры имеют одинаковые значения (с учетом возможных определений typedef, вычисления выражений-констант и т.д.). Вернемся к шаблону buffer:

template<class T, int sz>
 class buffer {
   T v[sz];
   // ...
 };

void f()
{
  buffer<char,20> buf1;
  buffer<complex,20> buf2;
  buffer<char,20> buf3;
  buffer<char,100> buf4;

  buf1 = buf2;  // ошибка: несоответствие типов
  buf1 = buf3;  // нормально
  buf1 = buf4;  // ошибка: несоответствие типов
  // ...
}

Если в шаблоне типа для класса используются параметры, задающие не типы, возможно появление конструкций, выглядящих двусмысленно:

template<int i>
class X { /* ... */ };

void f(int a, int b)
{
  X < a > b>;  // Как это понимать: X<a> b и потом
               // недопустимая лексема, или X< (a>b) >; ?
}

Этот пример синтаксически ошибочен, поскольку первая угловая скобка > завершает параметр шаблона. В маловероятном случае, когда вам понадобится параметр шаблона, являющийся выражением "больше чем", используйте скобки: X< (a>b)>.