为什么不能在函数中声明模板？答案

【问题标题】：Why can't templates be declared in a function?为什么不能在函数中声明模板？
【发布时间】：2011-08-27 07:20:02
【问题描述】：

阅读C++ Templates: The Complete Guide，上面写着

注意不能声明模板在函数中

它没有对本书或外部资源中的任何其他章节进行解释和/或交叉引用。

谁能帮忙解释一下。可能会在本书后面解释，但还没有。如果前面解释过了，我一定是错过了。

例子：

int main()
{
  class DummyClass  //  This compiles ok
  {
    int object;
  };

  template <typename T> //  compile error "expected primary-expression before "template""
  class DummyTemplate
  {
    T object;
  };

  return 0;
}

我也不明白来自 gcc 的错误信息。错误消息说：

expected primary-expression before "template"

【问题讨论】：

有几个答案基本上是说“你不能因为你不能”。有谁知道是否有充分的理由阻止这样做？
模板参数必须有外部链接。至于为什么这是必要的，Greg Comeau 在这个 c.l.c++.moderated 讨论中提供了一些提示@groups.google.com/group/comp.lang.c++.moderated/browse_thread/…
@Abhay：这就是为什么函数范围内的类不能是模板参数，而不是模板声明不能处于函数范围内的原因。
@Mike Seymour：如果你知道确切的原因，为什么不给我们开导：)
@Tony：模板可能是一些函数对象，只能在这个函数中使用。我希望我能把这些本地化。

标签： c++ templates

【解决方案1】：

这意味着您不能执行以下操作

  void foo()
  {
       template <typename T> //Error
       T something;
  }

模板声明只允许在全局、命名空间或类范围内。 :)

背后的原因是什么？

这是不允许的，因为标准是这样说的。

ISO C++-98（第 14.2 节）

模板声明只能作为命名空间或类范围声明出现。

这有意义吗？

【讨论】：

是的。谢谢。问题是为什么会这样。背后的原因是什么？
What is the reasoning behind it?。我对在函数中实现模板声明的技术了解不多，但标准不允许这样做。 ISO C++ (14.2) 说A *template declaration* can appear only as a namespace or class scope declaration:)
+1。谢谢。是的，这是有道理的。我看到标准不允许。这将有助于理解为什么。我已经看到有关标准允许（不允许）什么的问题，并通过一些解释来支持该标准。对我这样的学习者很有帮助。这绝不会从这个非常好的答案中带走任何东西。
好吧，我也会反对在函数中声明结构/函数。我一直发现它比任何东西都更糟地弄乱了代码。无论如何，我认为这有助于使编译器编写者的生活更轻松，而且他们的工作已经足够艰巨，因为它不需要这种不会带来太多好处的“功能”。
“不允许，因为不允许”对于询问“为什么？”的问题是无效答案。也是一个逻辑谬误。

【解决方案2】：

究竟有什么用？所以你可以声明只能在函数中使用的模板变量吗？真的有用吗？

【讨论】：

是的。我可以用结构和类来做到这一点。我能想到的只有一个是函数对象，它与函数中的算法一起使用的类/结构。不是必需的，但我这样做是为了让类/结构靠近我使用它们的位置。大概我可能有一些理由，但这更像是一种学习练习。我猜它可能没用的事实是不同的讨论。
它的用处并不是真正的另一个讨论，IMO 它与这个非常相关。如果确实允许这样做，您将如何使用它？调用者看不到函数的内部结构，那么在调用该函数时如何以适当的类型实例化模板参数？
@Preatirian。我听到你了。但是，我可能不一定需要传递模板参数。我可以在函数中多次使用模板，使用不同的模板参数。我只是在这里大声思考学习:)
@Praetorian 抱歉名称拼写错误
@Praetorian：在 C++03 中，您不能使用本地类型实例化模板。但是，您可以将此模板的实例与非模板一起使用。（例如，它可以派生自多态基类，并且您可以使用实例来调用获取该基类的引用/指针的函数。）

【解决方案3】：

为什么会这样，简短的回答是因为编写 c/c++ 编译器和标准的人希望它是这样的。函数内部的模板一定被认为太混乱和/或难以理解或解析，所以他们禁止这样做。

【讨论】：

谢谢。非常容易理解，并且可以看出这很有意义。有参考吗？
@MeThinks：查看我对您的评论的评论。

【解决方案4】：

唯一有用的情况是，如果您使用一个函数创建了具有不同类型的模板的多个实例。无论如何，将您的私人课程移出您的功能。如果这开始让你的类变得混乱，那么它们就太大了，需要重构。

【讨论】：

尽管如此，我同意这是一种奇怪的语言不一致。就像其他人所说的那样，只需将其归结为：“因为它就是这样。”

【解决方案5】：

我的猜测是它很难实现，这就是不允许它的原因（在标准 C++03 中）。另一方面，在函数之外编写类模板是一种可接受的解决方案。

【讨论】：

自 C++14 以来已经在通用 lambdas 中实现：对象 [](auto x) {} 具有模板 operator()，只是没有命名模板参数。

【解决方案6】：

问题可能与模板的历史实现方式有关：早期的实现技术（有些至今仍在使用）要求模板中的所有符号都具有外部链接。（实例化是通过在单独的文件中生成等效代码来完成的。）在函数内部定义的名称永远不会有链接，并且不能在定义它们的范围之外引用。

【讨论】：

这应该是公认的答案，因为它至少试图给出背后的理由，而不仅仅是“因为标准是这样说的”。

【解决方案7】：

“因为标准这么说”的答案当然是正确的，但让我们考虑通用 lambda。

据我所知，在 C++14 和 C++17 中，泛型 lambda 是编写类似模板的代码的唯一方法：

    auto lambda = [](auto x) { };
    lambda.operator()<int>(0);

从技术上讲，您可以使用它编写任何类型的模板代码。尽管您必须努力解决此方法的各种限制。

不过，这在 C++20 中会更简单。使用通用 lambda 中的模板参数列表，您将能够编写如下代码：

    auto size = []<class T>() { return sizeof(T); };
    static_assert(4 == size.operator()<int>());

GCC 已经支持这种语法。

【讨论】：

有趣。你能部分专门化泛型 lambdas 吗？
@ceztko 你不能部分专门化模板函数或方法（如果是通用 lambda，我们有模板方法 operator()）。但是，您可以完全专门化 lambda 的 operator()（这是一个示例 godbolt.org/z/dspRsA），但您可能会发现 if constexpr 和 std::is_same_v 更有用。