c++模板类型推导分析

Posted on 2025-03-18

原来int *const和const int*是不一样的…嗯？什么叫做还有const int* const?

看了一些c++模板类型推导规则的文章，感觉比较乱，有些总结的推导规则看起来是对的实际上不完全对，而有些推导规则看起来离谱实际上是对的…所以重新总结梳理一下模板的类型推导规则，也方便以后再次复习。

顶层const与底层const

首先需要了解一个基本概念：顶层const和底层const，也就是引言中提到的int *const和const int*的区别：

顶层const表示变量本身是常量，即变量的值不可被修改

例如const int或者T* const的形式

int a = 10;
const int b = 20;       // 顶层 const：b 是常量，值不可变

int* const p1 = &a;     // 顶层 const：p1 是常量指针，地址不可变（但可修改指向的值）
p1 = &b;                // ❌ 错误：p1 的地址不可修改
*p1 = 30;               // ✅ 允许：修改 p1 指向的值

底层const表示变量指向或引用的对象是常量，即不能通过该变量修改其指向的对象的值。它作用于指针或引用所指向的目标，而非变量本身。

例如const int*或者const T&的形式

int x = 10;
const int* p2 = &x;     // 底层 const：p2 是普通指针，但指向的值不可变
p2 = &b;                // ✅ 允许：修改 p2 的地址
*p2 = 30;               // ❌ 错误：不能修改 p2 指向的值

const int& r = x;       // 底层 const：r 是常量引用，不可通过 r 修改 x
r = 40;                 // ❌ 错误

一般情况下，顶层const可以被忽略，而底层const必须匹配。顶层const关注变量自身，底层 const关注指向的对象。

模板类型推导规则

有了顶层const和底层const的概念之后，模板类型推导规则可以总结如下；这里需要注意的是，T的类型和ParamType的类型不一定相同，这里的推导规则主要指的是T的类型推导规则，当然也会提一嘴ParamType类型推导的结果：

按引用传递：去除expr的引用部分，同时保留其const属性

这里需要注意的是，如果形参是const T&形式，那么T的推导结果会去除const。这条规则看起来有点离谱，因为如果不做单独区分，推导ParamType的类型时const const和const的结果是一样的，而且也符合通用规则。这里做个实验简单验证一下：

#include<iostream>
#include <typeinfo>
using namespace std;
template <typename T>
void func(const T& param)
{
    if(is_const<typename remove_reference<T>::type>::value) cout<<"const int"<<endl;
    else                   cout<<"int"<<endl;
}
int main()
{
    int x=27;
    const int cx=x;
    const int &rx=x;
    func(x);
    func(cx);
    func(rx);
    return 0;
}

最后的输出结果：
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3
int
int
int
看来这条规则确实存在，至少在g++编译器中是存在的。

ps. 这里还有一个小坑，要先使用std::remove_reference去除变量的引用之后，再使用is_const去判断，不然在通用引用传递时会发现输出全为int好像const全丢掉了…实际是因为传递的是左值所以T被推为了左值引用，没有去除引用is_const判断错误，而按引用传递直接使用没有出现bug，会正确判断则是因为按引用传递的第一步就是去除expr的引用~~c++很神奇吧~~

按值传递：忽略expr的引用和顶层const
- 这里有个小小的例子，也就是引言中提到的const int* const ptr：其中int* const部分为顶层const，表示指针变量本身是常量，不可以修改指针让指针指向其他对象；前一部分const则为底层const~~出现在外层的是底层const，出现在内层的却是顶层const~~，表示指针指向的对象具有常量性。在进行类型推导的过程中，首先其顶层const会被忽略，T和ParamType会被推导为const int*，即顶层const在值传递的过程中被消除，ptr指向对象的常量性会被保留，但自身的常量性被忽略。
按通用引用（万能引用）传递：
- 如果expr为左值，T和ParamType都会被推导为左值引用；
- 如果expr为右值，T会被推导为普通类型（保留const，与按引用传递规则一致）
- 这一点也是所谓万能引用的基础，也是rpc中实现参数完美转发的关键，实例代码如下所示：
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  template<typename F, typename... Args>
  void forwardFunc(F&& func, Args&&... args)
  {
  func(std::forward<Args>(args)...);
  }
  这里使用std::forward是为了解决值类别（左值或右值）问题，若不采用std::forward<Args>(args)...进行转发，即使Args&&... args作为forwardFunc(F&& func, Args&&... args)的参数被模板推导为右值引用类型，也会在forwardFunc(F&& func, Args&&... args)函数内变为左值（换句话说，就算args的类型被推导为右值引用类型，但args本身为左值，因为args仍可以在forwardFunc(F&& func, Args&&... args)内被重新赋值），而完美转发可以将其恢复为原本的值类别（原本是左值，完美转发后还是左值；原本是右值，完美转发后还是右值）。
数组形参：如果参数是数组时, 按值传递时T会被推导为指向数组首元素的指针, 而不是数组本身；如果按引用传递时则会保留对应的数组大小的信息，T的类型会被推导成实际的数组类型。利用这个特点，能够创造出一个模板，使得在编译期就知道传入的数组的大小：
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template<typename T, std::size_t N>
constexpr std::size_t arraySize(T (&)[N]) noexcept {
return N;
}

函数形参：同理，在按值传递时，如果参数是函数类型，则函数类型也会退化成函数指针。

void someFunc(int , double);

template<typename T>
void f1(T param);

template<typename T>
void f2(T& param);

f1(someFunc);//param被推导成函数指针，具体的型别是void（*）（int,double)
f2(someFunc);//param被推导成函数引用，具体的型别是void（&）（int,double)

Reference

【C++】详解模板类型推导
模板推导规则
《Modern Effective C++》读书笔记之条款一：理解函数模板类型推导规则
特别鸣谢：不出现服务器繁忙时的deepseek & Chatgpt
end☆~