模板模板参数有哪些用途

我认为您需要使用模板模板语法来传递一个参数，该参数的类型是依赖于另一个模板的模板，如下所示：

template <template<class> class H, class S>
void f(const H<S> &value) {
}

在这里，H是一个模板，但我希望这个函数来处理H的所有专业化。

注意：我已经编写 c++ 很多年了，只需要一次。我发现这是一个很少需要的功能（当你需要它时当然很方便！

我一直在努力想一些好的例子，老实说，大多数时候这不是必需的，但让我们举个例子。让我们假装std::vector没有typedef value_type.

那么，您将如何编写一个可以为向量元素创建正确类型的变量的函数呢？这将起作用。

template <template<class, class> class V, class T, class A>
void f(V<T, A> &v) {
    // This can be "typename V<T, A>::value_type",
    // but we are pretending we don't have it
    T temp = v.back();
    v.pop_back();
    // Do some work on temp
    std::cout << temp << std::endl;
}

注意：std::vector有两个模板参数，类型和分配器，因此我们必须同时接受它们。幸运的是，由于类型推导，我们不需要显式写出确切的类型。

你可以像这样使用：

f<std::vector, int>(v); // v is of type std::vector<int> using any allocator

或者更好的是，我们可以只使用：

f(v); // everything is deduced, f can deal with a vector of any type!

更新：即使是这个人为的例子，虽然是说明性的，但由于 c++11 引入了 auto，它不再是一个了不起的例子。现在相同的函数可以写成：

template <class Cont>
void f(Cont &v) {
    auto temp = v.back();
    v.pop_back();
    // Do some work on temp
    std::cout << temp << std::endl;
}

这就是我更喜欢编写此类代码的方式。

实际上，模板模板参数的用例相当明显。一旦你了解到 stdlib C++没有为标准容器类型定义流输出运算符的巨大漏洞，你就会继续编写类似以下内容的内容：

template<typename T>
static inline std::ostream& operator<<(std::ostream& out, std::list<T> const& v)
{
    out << '[';
    if (!v.empty()) {
        for (typename std::list<T>::const_iterator i = v.begin(); ;) {
            out << *i;
            if (++i == v.end())
                break;
            out << ", ";
        }
    }
    out << ']';
    return out;
}

然后你会发现矢量的代码是一样的，因为forward_list是一样的，实际上，即使对于多种地图类型，它仍然是相同的。除了元接口/协议之外，这些模板类没有任何共同点，使用模板模板参数可以捕获所有这些模板类的共性。但是，在继续编写模板之前，值得检查引用以回想序列容器接受 2 个模板参数 - 用于值类型和分配器。虽然分配器是默认的，但我们仍然应该在我们的模板运算符中考虑它的存在<<：

template<template <typename, typename> class Container, class V, class A>
std::ostream& operator<<(std::ostream& out, Container<V, A> const& v)
...

瞧，这将自动适用于所有符合标准协议的当前和未来的序列容器。要将映射添加到组合中，需要查看参考才能注意到它们接受 4 个模板参数，因此我们需要另一个版本的运算符<<上面使用 4-arg 模板参数。我们还会看到 std：pair 尝试使用 2-arg 运算符渲染<<对于我们之前定义的序列类型，因此我们将仅为 std：:p air 提供专用化。

顺便说一句，使用 C+11 允许可变参数模板（因此应该允许可变参数模板参数），可以使用单个运算符<<来统治它们。例如：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <deque>
#include <list>
template<typename T, template<class,class...> class C, class... Args>
std::ostream& operator <<(std::ostream& os, const C<T,Args...>& objs)
{
    os << __PRETTY_FUNCTION__ << 'n';
    for (auto const& obj : objs)
        os << obj << ' ';
    return os;
}
int main()
{
    std::vector<float> vf { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4 };
    std::cout << vf << 'n';
    std::list<char> lc { 'a', 'b', 'c', 'd' };
    std::cout << lc << 'n';
    std::deque<int> di { 1, 2, 3, 4 };
    std::cout << di << 'n';
    return 0;
}

输出

std::ostream &operator<<(std::ostream &, const C<T, Args...> &) [T = float, C = vector, Args = <std::__1::allocator<float>>]
1.1 2.2 3.3 4.4 
std::ostream &operator<<(std::ostream &, const C<T, Args...> &) [T = char, C = list, Args = <std::__1::allocator<char>>]
a b c d 
std::ostream &operator<<(std::ostream &, const C<T, Args...> &) [T = int, C = deque, Args = <std::__1::allocator<int>>]
1 2 3 4 

以下是Andrei Alexandrescu的"Modern C++ Design - Generic Programming and Design Patterns Apply"中的简单示例：

他使用带有模板模板参数的类来实现策略模式：

// Library code
template <template <class> class CreationPolicy>
class WidgetManager : public CreationPolicy<Widget>
{
   ...
};

他解释说：通常，主机类已经知道或可以轻松推断策略类的模板参数。在上面的示例中，WidgetManager 始终管理 Widget 类型的对象，因此要求用户在 CreationPolicy 的实例化中再次指定 Widget 是多余的，并且具有潜在的危险。在这种情况下，库代码可以使用模板模板参数来指定策略。

其效果是客户端代码可以以更优雅的方式使用"WidgetManager"：

typedef WidgetManager<MyCreationPolicy> MyWidgetMgr;

而不是缺少模板模板参数的定义所需的更繁琐且容易出错的方式：

typedef WidgetManager< MyCreationPolicy<Widget> > MyWidgetMgr;

这是我的 CUDA 卷积神经网络库中的另一个实际示例。我有以下类模板：

template <class T> class Tensor

它实际上是实现了 n 维矩阵操作。还有一个子类模板：

template <class T> class TensorGPU : public Tensor<T>

它实现了相同的功能，但在 GPU 中。两个模板都可以处理所有基本类型，如浮点数、双精度型、整数等我还有一个类模板（简化）：

template <template <class> class TT, class T> class CLayerT: public Layer<TT<T> >
{
    TT<T> weights;
    TT<T> inputs;
    TT<int> connection_matrix;
}

这里之所以有模板模板语法，是因为我可以声明类的实现

class CLayerCuda: public CLayerT<TensorGPU, float>

它将具有 float 和 GPU 类型的权重和输入，但connection_matrix将始终是 int，无论是在 CPU（通过指定 TT = 张量）还是在 GPU 上（通过指定 TT=TensorGPU）。

这是我遇到的：

template<class A>
class B
{
  A& a;
};
template<class B>
class A
{
  B b;
};
class AInstance : A<B<A<B<A<B<A<B<... (oh oh)>>>>>>>>
{
};

可以解决：

template<class A>
class B
{
  A& a;
};
template< template<class> class B>
class A
{
  B<A> b;
};
class AInstance : A<B> //happy
{
};

或（工作代码）：

template<class A>
class B
{
public:
    A* a;
    int GetInt() { return a->dummy; }
};
template< template<class> class B>
class A
{
public:
    A() : dummy(3) { b.a = this; }
    B<A> b;
    int dummy;
};
class AInstance : public A<B> //happy
{
public:
    void Print() { std::cout << b.GetInt(); }
};
int main()
{
    std::cout << "hello";
    AInstance test;
    test.Print();
}

假设您正在使用 CRTP 为一组子模板提供"接口"; 父模板和子模板在其他模板参数中都是参数化的：

template <typename DERIVED, typename VALUE> class interface {
    void do_something(VALUE v) {
        static_cast<DERIVED*>(this)->do_something(v);
    }
};
template <typename VALUE> class derived : public interface<derived, VALUE> {
    void do_something(VALUE v) { ... }
};
typedef interface<derived<int>, int> derived_t;

请注意"int"的重复，它实际上是为两个模板指定的相同类型参数。您可以使用 DERIVED 的模板模板来避免这种重复：

template <template <typename> class DERIVED, typename VALUE> class interface {
    void do_something(VALUE v) {
        static_cast<DERIVED<VALUE>*>(this)->do_something(v);
    }
};
template <typename VALUE> class derived : public interface<derived, VALUE> {
    void do_something(VALUE v) { ... }
};
typedef interface<derived, int> derived_t;

请注意，您正在消除直接向派生模板提供其他模板参数;"接口"仍然接收它们。

这也允许您在依赖于类型参数的"接口"中构建 typedef，这些参数可以从派生模板访问。

上面的 typedef 不起作用，因为您无法键入到未指定的模板。但是，这有效（并且 C++11 具有对模板 typedefs 的本机支持）：

template <typename VALUE>
struct derived_interface_type {
    typedef typename interface<derived, VALUE> type;
};
typedef typename derived_interface_type<int>::type derived_t;

不幸的是，派生模板的每个实例化都需要一个derived_interface_type，除非我还没有学到另一个技巧。

这是一个从我刚刚使用的东西概括出来的。 我发布它，因为它是一个非常简单的例子，它演示了一个实际用例以及默认参数：

#include <vector>
template <class T> class Alloc final { /*...*/ };
template <template <class T> class allocator=Alloc> class MyClass final {
  public:
    std::vector<short,allocator<short>> field0;
    std::vector<float,allocator<float>> field1;
};

在 pfalcon 提供的可变参数模板的解决方案中，由于可变参数专用化的贪婪性质，我发现很难实际将 ostream 运算符专门化为 std：：map。 这是一个对我有用的轻微修订：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <deque>
#include <list>
#include <map>
namespace containerdisplay
{
  template<typename T, template<class,class...> class C, class... Args>
  std::ostream& operator <<(std::ostream& os, const C<T,Args...>& objs)
  {
    std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << 'n';
    for (auto const& obj : objs)
      os << obj << ' ';
    return os;
  }  
}
template< typename K, typename V>
std::ostream& operator << ( std::ostream& os, 
                const std::map< K, V > & objs )
{  
  std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << 'n';
  for( auto& obj : objs )
  {    
    os << obj.first << ": " << obj.second << std::endl;
  }
  return os;
}

int main()
{
  {
    using namespace containerdisplay;
    std::vector<float> vf { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4 };
    std::cout << vf << 'n';
    std::list<char> lc { 'a', 'b', 'c', 'd' };
    std::cout << lc << 'n';
    std::deque<int> di { 1, 2, 3, 4 };
    std::cout << di << 'n';
  }
  std::map< std::string, std::string > m1 
  {
      { "foo", "bar" },
      { "baz", "boo" }
  };
  std::cout << m1 << std::endl;
    return 0;
}

它提高了代码的可读性，提供了额外的类型安全性，并节省了一些编译器的工作。

假设你想打印一个容器的每个元素，你可以使用以下代码，没有模板模板参数

template <typename T> void print_container(const T& c)
{
    for (const auto& v : c)
    {
        std::cout << v << ' ';
    }
    std::cout << 'n';
}

或使用模板模板参数

template< template<typename, typename> class ContainerType, typename ValueType, typename AllocType>
void print_container(const ContainerType<ValueType, AllocType>& c)
{
    for (const auto& v : c)
    {
        std::cout << v << ' ';
    }
    std::cout << 'n';
}

假设您传入一个整数，例如 print_container(3) .对于前一种情况，模板将由编译器实例化，编译器将抱怨 for 循环中c的使用，后者根本不会实例化模板，因为找不到匹配的类型。

一般来说，如果你的模板类/函数被设计为将模板类作为模板参数处理，最好说清楚。

我将其用于版本化类型。

如果通过模板（如 MyType<version>）对类型进行版本控制，则可以编写一个函数来捕获版本号：

template<template<uint8_t> T, uint8_t Version>
Foo(const T<Version>& obj)
{
    assert(Version > 2 && "Versions older than 2 are no longer handled");
    ...
    switch (Version)
    {
    ...
    }
}

因此，您可以根据传入的类型版本执行不同的操作，而不是为每个类型设置重载。您还可以使用转换函数，以通用方式接收MyType<Version>并返回MyType<Version+1>，甚至可以递归它们以具有从任何旧版本返回类型最新版本的ToNewest()函数（对于可能已经存储了一段时间但需要使用当今最新工具处理的日志非常有用）。