13-14 类模板参数推导（CTAD）与推导指南

类模板参数推导（CTAD）(C++17)

从 C++17 开始，当从类模板实例化对象时，编译器能够根据对象初始化器的类型推导出模板类型（这被称为类模板参数推导class template argument deduction，简称 CTAD）。例如：

#include <utility> // for std::pair

int main()
{
    std::pair<int, int> p1{ 1, 2 }; // explicitly specify class template std::pair<int, int> (C++11 onward)
    std::pair p2{ 1, 2 };           // CTAD used to deduce std::pair<int, int> from the initializers (C++17)

    return 0;
}

仅当不存在模板参数列表时才会执行CTAD。因此，以下两种情况均会导致错误：

#include <utility> // for std::pair

int main()
{
    std::pair<> p1 { 1, 2 };    // error: too few template arguments, both arguments not deduced
    std::pair<int> p2 { 3, 4 }; // error: too few template arguments, second argument not deduced

    return 0;
}

作者注:
本网站后续课程将频繁使用CTAD技术。若您使用C++14标准（或更早版本）编译这些示例，将因缺少模板参数而报错。需在示例中显式添加参数才能通过编译。

由于CTAD属于类型推导机制，我们可通过字面量后缀修改推导出的类型：

#include <utility> // for std::pair

int main()
{
    std::pair p1 { 3.4f, 5.6f }; // deduced to pair<float, float>
    std::pair p2 { 1u, 2u };     // deduced to pair<unsigned int, unsigned int>

    return 0;
}

模板参数推导指南 C++17

在大多数情况下，CTAD（模板参数推导）能直接生效。但在某些特殊情况下，编译器可能需要额外提示才能正确推导模板参数。

你可能会惊讶地发现，以下程序（几乎与上述使用std::pair的示例完全相同）在C++17（仅限C++17）中无法编译：

// define our own Pair type
template <typename T, typename U>
struct Pair
{
    T first{};
    U second{};
};

int main()
{
    Pair<int, int> p1{ 1, 2 }; // ok: we're explicitly specifying the template arguments
    Pair p2{ 1, 2 };           // compile error in C++17 (okay in C++20)

    return 0;
}

若在C++17环境下编译此代码，很可能会出现“类模板参数推导失败”、“无法推导模板参数”或“无可用构造函数或推导指南”等错误。这是因为在C++17中，CTAD无法推导聚合类模板的模板参数。为解决此问题，我们可以为编译器提供推导指南deduction guide，告知其如何推导给定类模板的模板参数。

以下是添加推导指南后的同款程序：

template <typename T, typename U>
struct Pair
{
    T first{};
    U second{};
};

// Here's a deduction guide for our Pair (needed in C++17 only)
// Pair objects initialized with arguments of type T and U should deduce to Pair<T, U>
template <typename T, typename U>
Pair(T, U) -> Pair<T, U>;

int main()
{
    Pair<int, int> p1{ 1, 2 }; // explicitly specify class template Pair<int, int> (C++11 onward)
    Pair p2{ 1, 2 };           // CTAD used to deduce Pair<int, int> from the initializers (C++17)

    return 0;
}

此示例应能在C++17下编译通过。

我们的Pair类的推导规则相当简单，但让我们更深入地了解其工作原理。

// Here's a deduction guide for our Pair (needed in C++17 only)
// Pair objects initialized with arguments of type T and U should deduce to Pair<T, U>
template <typename T, typename U>
Pair(T, U) -> Pair<T, U>;

首先，我们使用与Pair类相同的模板类型定义。这很合理，因为如果我们的推导指南要告诉编译器如何推导Pair<T, U>的类型，就必须先定义T和U是什么（模板类型）。其次，箭头右侧是我们要帮助编译器推导的类型。本例中，我们希望编译器能推导出 Pair<T, U> 类型对象的模板参数，因此直接将该类型写在此处。最后，箭头左侧则告知编译器需要查找何种声明。本例中，我们要求编译器查找名为 Pair 的对象声明，该对象需接受两个参数（分别是类型 T 和类型 U）。此声明也可写为 Pair(T t, U u)（其中 t 和 u 是参数名，但由于未使用 t 和 u，故无需命名）。

综合来看，我们告诉编译器：当遇到声明为 Pair 且带有两个参数（分别是类型 T 和 U）时，应推断其类型为 Pair<T, U>。

因此当编译器在程序中遇到定义 Pair p2{ 1, 2 }; 时，它会判断：“这是 Pair 的声明，且包含两个类型为 int 的参数，根据类型推导指南，应将其推导为 Pair<int, int>”。

以下是接受单一模板类型的 Pair 示例：

template <typename T>
struct Pair
{
    T first{};
    T second{};
};

// Here's a deduction guide for our Pair (needed in C++17 only)
// Pair objects initialized with arguments of type T and T should deduce to Pair<T>
template <typename T>
Pair(T, T) -> Pair<T>;

int main()
{
    Pair<int> p1{ 1, 2 }; // explicitly specify class template Pair<int> (C++11 onward)
    Pair p2{ 1, 2 };      // CTAD used to deduce Pair<int> from the initializers (C++17)

    return 0;
}

在此情况下，我们的推导指南将 Pair(T, T)（一个带有两个类型为 T 的参数的 Pair）映射到 Pair。

提示:
C++20 新增了编译器自动为聚合类型生成推导指南的功能，因此推导指南仅需为兼容 C++17 而提供。
基于此，未包含推导指南的 Pair 版本在 C++20 中应能编译通过。
std::pair（及其他标准库模板类型）自带预定义推导指南，因此上文使用 std::pair 的示例在 C++17 中无需额外提供推导指南即可正常编译。

进阶说明:
非聚合类型在 C++17 中无需推导指南，因为构造函数的存在已实现相同功能。

类型模板参数的默认值

正如函数参数可以具有默认值，模板参数也可设置默认值。当模板参数未显式指定且无法推断时，系统将使用这些默认值。

以下是对前文 Pair<T, U> 类模板程序的修改，其中类型模板参数 T 和 U 的默认值设为 int 类型：

template <typename T=int, typename U=int> // default T and U to type int
struct Pair
{
    T first{};
    U second{};
};

template <typename T, typename U>
Pair(T, U) -> Pair<T, U>;

int main()
{
    Pair<int, int> p1{ 1, 2 }; // explicitly specify class template Pair<int, int> (C++11 onward)
    Pair p2{ 1, 2 };           // CTAD used to deduce Pair<int, int> from the initializers (C++17)

    Pair p3;                   // uses default Pair<int, int>

    return 0;
}

我们对 p3 的定义并未显式指定类型模板参数的类型，也没有可用于推导这些类型的初始化器。因此，编译器将使用默认值中指定的类型，这意味着 p3 的类型将为 Pair<int, int>。

CTAD不支持非静态成员初始化

当使用非静态成员初始化来初始化类型的成员时，CTAD在此上下文中将失效。所有模板参数都必须显式指定：

#include <utility> // for std::pair

struct Foo
{
    std::pair<int, int> p1{ 1, 2 }; // ok, template arguments explicitly specified
    std::pair p2{ 1, 2 };           // compile error, CTAD can't be used in this context
};

int main()
{
    std::pair p3{ 1, 2 };           // ok, CTAD can be used here
    return 0;
}

CTAD不适用于函数参数

CTAD代表类模板参数推导（Class Template Argument Deduction），而非类模板参数推导（Class Template Parameter Deduction），因此它仅能推导模板参数的类型，而非模板参数本身。(自己注解：在国内的书中有些地方argument翻译为实参，是调用者； parameter翻译为形参，被调用者）

因此，CTAD无法应用于函数参数中。

#include <iostream>
#include <utility>

void print(std::pair p) // compile error, CTAD can't be used here
{
    std::cout << p.first << ' ' << p.second << '\n';
}

int main()
{
    std::pair p { 1, 2 }; // p deduced to std::pair<int, int>
    print(p);

    return 0;
}

在这种情况下，您应该改用模板：

#include <iostream>
#include <utility>

template <typename T, typename U>
void print(std::pair<T, U> p)
{
    std::cout << p.first << ' ' << p.second << '\n';
}

int main()
{
    std::pair p { 1, 2 }; // p deduced to std::pair<int, int>
    print(p);

    return 0;
}

posted @ 2025-12-24 20:43 游翔阅读(9) 评论(0) 收藏举报

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