模板是C++的重要特性，是C++標準模板庫的基礎。模板可以根據數據類型自動生成代碼，大大減少重復代碼。模板實例化的時候編譯器需要根據具體變量推導數據類型，模板推導出的類型很多時候是顯而易見的，有些時候卻不太明顯，本文詳細闡述一下C++模板的類型推導機制。

在C++中聲明一個模板函數的偽代碼如下：

template<typename T>
void f(ParamType param);

上面的ParamType與T不一定相同，比如：

template<typename T>
void f(const T& param);

此時ParamType的類型是const T&。

調用模板函數方式如下：

f(expr);

編譯的時候，編譯器通過表達式expr推導出兩個類型ParamType與T。

模板的類型推導與ParamType密切相關，根據ParamType的類型可以分為三種情形：

1. ParamType 既不是指針也不是引用。
2. ParamType 是指針或引用，不是通用引用。
3. ParamType 是通用引用。

下面分別討論一下三種情形：

ParamType 既不是指針也不是引用

即ParamType與T相同，此時模板如下：

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

這種情況下參數param的類型T可以理解為值傳遞（param會復制一份expr）時的類型。這意味著：

• 如果expr是一個引用，忽略引用部分。
• 如果expr帶有const或volatile，忽略const、volatile。

舉個例子：

int x = 27;
const int cx = x;
const int& rx = x;
f(x);
f(cx);
f(rx);

上面的三種調用方式，T的類型都是int。

需要注意下面一種情況：

const char* const ptr = "Fun with pointers";
f(ptr);

ptr是指向字符串常量的常量指針，此時進行值傳遞T的類型應為const char*。因為：

1. 開頭的const修飾的是指向的對象，表示指向的字符串不可變，不可忽略，否則指向的類型就不對了。
2. *右邊的const修飾的是指針，表示指針本身不可變，在值傳遞的情況下指針是被復制一份，該const沒有意義。

ParamType 是指針或引用，不是通用引用

這種情況下，推導步驟如下：

1. 如果expr是一個引用，忽略引用部分。
2. 將expr類型與ParamType進行模式匹配，先確定ParamType，再根據ParamType推導T。

舉個例子：

template<typename T>
void f(T& param);  // 參數是引用類型

int x = 27;
const int cx = x;
const int& rx = x;

f(x);  // x是int類型，ParamType類型是int&，所以T是int類型
f(cx); // cx是const int類型，ParamType類型是const int&，所以T是const int類型
f(rx); // rx是const int&類型，忽略引用部分，同cx，ParamType類型是const int&，所以T是const int類型

如果把參數類型改為const T&，相應的T的類型也會有一點變化：

template<typename T>
void f(const T& param);

int x = 27;
const int cx = x;
const int& rx = x;

f(x);  // x是int類型，ParamType類型是const int&，所以T是int類型
f(cx); // cx是const int類型，ParamType類型是const int&，所以T是int類型
f(rx); // rx是const int&類型，忽略引用部分，同cx，ParamType類型是const int&，所以T是int類型

如果參數是指針類型，也類似：

template<typename T>
void f(T* param);  // 參數是指針類型

int x = 27;
const int *px = &x;

f(&x); // &x是int*類型，ParamType類型是int*，所以T是int類型
f(px); // px是const int*類型，ParamType類型是const int*，所以T是const int類型

ParamType 是通用引用

這種情況下，推導規則如下：

• 如果expr是左值，那么T和ParamType都是左值引用。這條規則很特殊：首先，這是唯一一種T被推導為引用類型的情形；其次，ParamType的聲明形式是右值引用的語法，但是實際類型為左值引用。
• 如果expr是右值，推導規則與普通引用一致。

舉例：

template<typename T>
void f(T&& param); // 參數是通用引用

int x = 27;
const int cx = x;
const int& rx = x;

f(x);  // x 是左值，所以T和ParamType都是int&類型
f(cx); // cx 是左值，所以T和ParamType都是const int&類型
f(rx); // rx 是左值，所以T和ParamType都是const int&類型
f(27); // 27 是右值，ParamType是int&&類型，所以T是int類型

以上三種情形就是C++模板類型推導的全部規則了。下面簡單補充說明一下C++里兩種特殊的參數類型：數組參數和函數參數。

數組參數

在C語言和C++里，如下的兩個函數聲明是完全等價的：

void myFunc(int param[]);
void myFunc(int* param);

即函數的數組參數會被當成指針參數。

如果要使用真正的數組參數，在C++中可以使用數組引用類型：

void myFunc(int (&param)[5]); // 使用數組引用時必須指定數組大小，同定義數組一樣

int (&param)[5]表示一個大小為5的整數數組引用類型。

了解數組參數的以上特點后，可以很容易的理解模板如何推導數組類型的參數。舉兩個例子：

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

const char name[] = "J. P. Briggs";
f(name); // name是數組，param是值傳遞, 數組參數當成指針參數，因此param的類型是const char*

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

const char name[] = "J. P. Briggs";
f(name); // name是數組，param是引用類型，因此param的類型是const char(&)[13]

函數參數

除了數組參數，函數參數也會被當成函數指針。函數參數的類型推導規則跟數組參數完全一樣。

void someFunc(int, double);

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

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

f1(someFunc); // param是值傳遞, 函數參數當成函數指針，因此param的類型是void (*)(int, double)
f2(someFunc); // param是引用類型，因此param的類型是void (&)(int, double)

實際使用中函數指針和函數引用基本沒有區別。兩者調用時都可以解引用或直接調用，唯一的區別是引用初始化時只能用函數名稱，不能在前面加&。

void (*pf)(int) = someFunc; // 也可以寫成 void (*pf)(int) = &someFunc;
void (&rf)(int) = someFunc;

pf(8, 1.2); // 也可以寫成 (*pf)(8, 1.2);
rf(8, 1.2); // 也可以寫成 (*rf)(8, 1.2);

總結：

• ParamType 既不是指針也不是引用時，采用值傳遞模式，忽略表達式的引用部分、const、volatile。
• ParamType 是指針或引用，不是通用引用時，忽略引用部分，進行模式匹配，先確定ParamType，再推導T。
• ParamType 是通用引用時，左值特殊對待（T和ParamType都是左值引用）。
• 數組參數、函數參數非引用傳遞時當作指針，引用類型不會。