自动关联目录：模板与编译期

模板不是"泛型"，是"编译期生成代码"。理解这一点，就能解释它的全部特性：错误信息难读、头文件必须可见、改一行重编一大片、以及"零成本抽象"为什么成立。

一句话定位：模板的代价发生在编译期（时间、体积、可读性），收益发生在运行期（没有间接跳转、可内联）。

实例化

template<typename T>
T Max(T a, T b) { return a > b ? a : b; }

// 用到才实例化
int x = Max(1, 2);        // 生成 Max<int>
double y = Max(1.0, 2.0); // 生成 Max<double>

模板定义必须放在头文件里（除非显式实例化）——这是"改头文件全量重编"的根源之一。

编译期的三个代价

// 减少膨胀的经典手法：类型无关部分下沉
class VectorBase { /* 非模板实现，存 void* 或 char* */ };
template<typename T> class Vector : private VectorBase { /* 只做类型转换 */ };

SFINAE 与 Concepts

SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）：替换失败不算错误，只是把这个候选从重载集里去掉。

// 传统：SFINAE
template<typename T>
auto Print(const T& v) -> decltype(v.Print(), void()) { v.Print(); }

// C++17：if constexpr，可读性最好
template<typename T>
void Print(const T& v)
{
    if constexpr (requires { v.Print(); }) { v.Print(); }
    else { /* 其它路径 */ }
}

// C++20：Concepts，错误信息最清楚
template<typename T>
concept Printable = requires(T v) { v.Print(); };

template<Printable T>
void Print(const T& v) { v.Print(); }

能用 Concepts 就用 Concepts——它把"几百行模板栈"变成"不满足约束 Printable"一行。

CRTP：静态多态

template<typename Derived>
class Base
{
public:
    void Interface() { static_cast<Derived*>(this)->Impl(); }
};

class Foo : public Base<Foo>
{
public:
    void Impl() { /* ... */ }
};

CRTP 省的是一次间接跳转，只在极端热路径（每帧调用百万次）才值得。大多数地方用虚函数更清晰。

变参模板与折叠表达式

template<typename... Args>
void LogAll(Args&&... args)
{
    (std::cout << ... << std::forward<Args>(args)) << '\n';   // C++17 折叠表达式
}

// 参数包展开
template<typename... Args>
auto Sum(Args... args) { return (args + ... + 0); }

变参模板是"类型安全的可变参数"，替代 C 的 va_list。代价是错误信息更难读。

类型萃取与常用工具

// 编译期判断：trivially copyable 就走 memcpy
if constexpr (std::is_trivially_copyable_v<T>)
{
    memcpy(Dst, Src, Count * sizeof(T));
}
else
{
    std::copy(Src, Src + Count, Dst);
}

编译期计算

constexpr int Fib(int n) { return n <= 1 ? n : Fib(n-1) + Fib(n-2); }
static_assert(Fib(20) == 6765);

// 编译期查表
template<int N> struct Factorial { static constexpr int value = N * Factorial<N-1>::value; };
template<> struct Factorial<0> { static constexpr int value = 1; };

constexpr 的收益是把运行期计算变成 0，代价是编译变慢、代码可读性下降。只在真的需要（表是固定的、量很大）时用。

常见坑