C++ 杂谈（6）

template template parameter

曾经不记得什么 case 想传递 std::vector or std::list，但是却不知道怎么写，因为 std::vector 并不是一个类，typename 传递的是某个类型，实际上 C++ 的模板机制支持传递 template template parameter，这个名字表示是一个 template 的 parameter，其语法是在 <> 里面使用 template <Param…> class TemplateParameter，这里 template 里面必须是给定某个实例的 TemplateParameter 的全部，我们常使用的 std::vector 等模板其实使用了 default parameter，虽然只写了一个参数，但是定义里面有两个或更多个模板参数，这时 Param… 必须有多个。注意 template 后的 Param… 一般如果不需要使用可以不写名字（只做 placeholder 用），往往具体的类型通过其他的参数传递。

这个功能很少用到，一般类似 std::vector 都有 subtype 可以直接获得参数的类型。可能更有用的是作为 policy class。更多讨论参考这里。

头文件组织

在 C 的世界里面头文件 .h 和 .c 文件分工很明确：函数的声明、类型的定义（不存在实现部分）都在 .h 里面，实现在 .c 文件里面。在 C++ 的世界里，这个问题因为 template 的存在会变的复杂起来。

• inclusion model，这基本是延续 C 的风格，但是对于模板类来说，将实现部分放在 .c 文件是一个很不好的做法，一般这样编译后除非有模板的特化否则不会被编译出任何 object code，将实现和声明放在一个文件自然是可以的，但是也存在一个问题：如果只是需要引用这个模板类（不需要实现部分），由于实现部分需要的头文件比声明更多导致也会 include 那些不必要的头文件，这当然就会降低编译速度；所以分离声明和实现到两个文件（实现的文件 include 声明）有一定的好处，但是坏处是引用的人需要知道什么时候需要什么，在 .c 文件里应该仅仅提供模板的特化：这样或者需要整个模板的人直接 include 定义头文件，或者使用特化情况的人可以仅仅 include 声明头文件，而在连接时和 .c 产生的 object 连接。
• separation model，这是 C++ “关键字” export 引入的原因，可惜的是常见的 C++ 编译器对此都没有足够的支持，在这种模式下 template 可以被 export 修饰（export 只能修饰 template），然后就可以把实现分离出去。

最后提一下一个相关的问题。所谓的 forward declaration，为了进一步减少对其他头文件的依赖，我们可以选择 forward declaration，这在 effective C++ 里面甚至有所推崇，认为每个类都应该提供 foo.h、foo_fwd.h 和 foo.cpp，其实按照前面的建议模板类还有 foo_def.h。但是其实引入更多的文件，到底什么时候用哪个却缺少明确的规则：

• 一般非模板类或者模板类，作为函数返回类型、输入类型，在当前 declaration 文件里可以用 forward declaration，如果是成员就得用 declaration，这是因为成员影响被定义的类对象的大小；在实现文件里需要使用细节（使用相关的方法），因此至少需要 declaration 文件
• 对模板类来说其 _def 需要知道细节的就得使用 _def 或者非模板类 declaration 头文件

这个规律有待实践。某些情况下（互引）需要 forward declaration 解决。我们看一个 lua binding 里面一个关系，为什么这三种必须存在且需要一定的分离。我们前面解释 inheritance 用的例子 wrapper<T>、thread_ops<T> 和 thread/vm 的关系，其中 thread/vm 都可以创建新的 thread，所以 thread_ops 应该提供一个 new_thread 方法，它返回 thread 对象，因此 thread_ops 之前编译器必须知道 thread 是一个类，这时应该使用 thread 的 forward declaration，如果在 thread_ops 里面希望提供这个方法的实现，那意味着除了 forward declaration 是不够的，还需要其 declaration，因此应该将其 definition 从 declaration 中剥离，这样如果分文件的话 thread_ops.h 包含 thread_fwd.h，thread.h 包含 thread_ops.h，thread_ops_def.h 包含 thread.h =.=

更多讨论参看这里。

precompiled header

把公用部分首先用 preprocessor 处理成一个文件，所有的编译单元直接 include 那一个文件。某种程度上可以加快（预）编译速度。

调试模板的技巧

• 做好 shallow checking，特别现在有 type_traits 和 static_assert 了；
• 使用 tracer 调试模板类、函数，tracer 是满足 template parameter 的 requirement 的 minimum 类，通过在其相关方法里面做一些额外的动作，我们就能将其传递给被测试的模板类、函数，并根据额外动作的结果分析
• tracer 如果外接一个 assertion engine 我们一般称为 oracle 也是一种常见的测试技术
• archetype 也是一种特殊的 tracer，除了 minimum requirement 以外它什么都不干，纯粹为了验证模板类的 minimum requirement 的

更多的 exception

• class C 和 int C 可以共存，但是 template <typename T> class C 就不能
• nested template 不仅仅方法，还有对应的类等等需要 .、-> 或者 :: 关系的都需要 template 表示
• 注意需要 <::X> 的时候应该在 < 和 :: 之间加空格（类似 >> 那个 bug，不晓得 C++11 修复了这个没）
• dependent base class 不会查找不完整 nondependent name，所以模板子类里面调用父类的方法必须使用 this-> 或者父类名:: 的形式，将其转换成为 dependent name，而后者在模板类实例化的时候会进行查找

demangling

记得 GCC 的 typeid 返回的类名都是 mangle 过的，可以使用 gcc 自己的 demangle utility 将其名字弄成人类可以看懂的，居然只有 C 的 API（见此 doc 和讨论）。

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Let my lord, I pray thee, pass over before his servant:and I will lead on softly, according as the cattle that goeth before me and the children be able to endure, until I come unto my lord unto Seir