C++如何在模板中处理指针和引用类型-C++-PHP中文网

C++模板处理指针和引用需理解类型推导规则，善用type traits进行类型查询与转换，并结合if constexpr实现编译时条件逻辑，确保代码泛用性与效率。

c++如何在模板中处理指针和引用类型

在C++模板中处理指针和引用类型，核心在于理解模板类型推导规则、善用类型特征（type traits）进行类型查询与转换，以及利用完美转发（perfect forwarding）机制来保持参数的原始值类别（value category）。这使得我们能够编写出既能泛型化处理各种类型，又能针对指针和引用进行特殊优化的代码。

解决方案

模板的强大之处在于其泛型性，但当类型

登录后复制

可以是

int

登录后复制

、

int*

登录后复制

、

int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;

登录后复制

甚至是

const int*

登录后复制

或

int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;&

登录后复制

时，我们需要一些策略来确保代码的正确性和效率。在我看来，这不仅仅是语法上的问题，更是一种设计哲学，即如何让你的泛型代码足够“聪明”，能感知到它所操作的究竟是一个值、一个指针还是一个引用。

首先，最基础的理解在于函数模板的类型推导。

当模板参数是
```
T
```
登录后复制
（按值传递）时，引用会被移除，数组和函数会衰退成指针。比如传入
```
int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;
```
登录后复制
，
```
T
```
登录后复制
会被推导成
```
int
```
登录后复制
。传入
```
int*
```
登录后复制
，
```
T
```
登录后复制
就是
```
int*
```
登录后复制
。
当模板参数是
```
T&
```
登录后复制
（左值引用）时，如果传入的是左值，
```
T
```
登录后复制
会被推导为该左值的非引用类型。比如传入
```
int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;
```
登录后复制
，
```
T
```
登录后复制
是
```
int
```
登录后复制
。传入
```
int*
```
登录后复制
，
```
T
```
登录后复制
是
```
int*
```
登录后复制
。
当模板参数是
```
T&&
```
登录后复制
（万能引用/转发引用）时，这是最复杂也最强大的。如果传入左值，
```
T
```
登录后复制
会被推导为
```
X&amp;amp;
```
登录后复制
（比如
```
int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;
```
登录后复制
）；如果传入右值，
```
T
```
登录后复制
会被推导为
```
X
```
登录后复制
（比如
```
int
```
登录后复制
）。这种行为是实现完美转发的关键。

挑战在于，有时我们希望在模板内部，无论

登录后复制

是什么，都能获取其“原始”类型，或者其“值”类型，或者根据其是否为指针/引用来执行不同的逻辑。

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

处理策略：

类型查询与转换：
- std::remove_reference<T>::type
  登录后复制
  ：这是最常用的一个，它能移除
```
T
```
  登录后复制
  的引用部分。例如，如果
```
T
```
  登录后复制
  是
```
int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;
```
  登录后复制
  ，结果就是
```
int
```
  登录后复制
  ；如果
```
T
```
  登录后复制
  是
```
int
```
  登录后复制
  ，结果还是
```
int
```
  登录后复制
  。这在你需要创建一个
```
T
```
  登录后复制
  的非引用副本时非常有用。
- std::remove_pointer<T>::type
  登录后复制
  ：如果
```
T
```
  登录后复制
  是指针类型，它会移除指针部分。例如，
```
int*
```
  登录后复制
  会变成
```
int
```
  登录后复制
  。当你需要获取指针指向的实际类型时，这很有用。
- std::decay<T>::type
  登录后复制
  ：这是一个更全面的工具，它会移除引用、移除cv限定符（
```
const
```
  登录后复制
  ,
```
volatile
```
  登录后复制
  ），并将数组和函数类型衰退为指针。它通常用于获取一个“纯粹的值类型”，适用于你想对所有参数都进行统一的按值操作时。
- std::add_pointer<T>::type
  登录后复制
  , std::add_lvalue_reference<T>::type
  登录后复制
  , std::add_rvalue_reference<T>::type
  登录后复制
  ：这些工具则用于在已知类型
```
T
```
  登录后复制
  的基础上，构建出其指针或引用类型。
完美转发（Perfect Forwarding）： 当你的模板函数只是一个包装器，将参数转发给另一个函数时，使用万能引用
```
T&&
```
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结合
```
std::forward<T>(arg)
```
登录后复制
是最佳实践。这确保了参数的值类别（左值还是右值）在转发过程中得以保留，避免不必要的拷贝或移动语义的丢失。
```
template<typename T>
void process(T&& arg) {
    // ...
    // 假设这里调用另一个函数
    some_other_function(std::forward<T>(arg));
    // ...
}
```
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基于类型特征的条件编译（

if constexpr

登录后复制

）： C++17引入的

if constexpr

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极大地简化了基于类型特征的条件逻辑。你可以使用

std::is_pointer<T>::value

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、

std::is_reference<T>::value

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等类型特征来判断

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的属性，并编译时选择不同的代码路径。

template<typename T>
void handle_type(T&& arg) {
    if constexpr (std::is_pointer_v<std::decay_t<T>>) { // C++17简化写法
        // 如果T是某种指针类型（经过衰退后）
        std::cout << "Handling a pointer type, dereferencing: " << *std::forward<T>(arg) << std::endl;
    } else if constexpr (std::is_reference_v<T>) {
        // 如果T是引用类型
        std::cout << "Handling a reference type: " << std::forward<T>(arg) << std::endl;
    } else {
        // 其他类型
        std::cout << "Handling a value type: " << std::forward<T>(arg) << std::endl;
    }
}

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这种方式比旧的SFINAE或模板特化更直观、更易读。

这些工具和策略的组合，让我们可以精细地控制模板在面对指针和引用时的行为，编写出既通用又高效的C++代码。

C++模板类型推导在处理指针和引用时有何特殊行为？

在C++模板中，类型推导的行为模式确实是理解如何处理指针和引用的基石。我发现很多初学者，甚至一些有经验的开发者，有时也会在这里犯迷糊。这主要是因为C++的模板类型推导规则，特别是涉及到引用时，比我们想象的要复杂一些。

template<typename T> void func(T param)

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(按值传递)

传入非引用类型（包括指针）：
```
T
```
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会被推导为传入的实际类型。例如，
```
func(10)
```
登录后复制
推导出
```
T
```
登录后复制
是
```
int
```
登录后复制
；
```
func(new int(5))
```
登录后复制
推导出
```
T
```
登录后复制
是
```
int*
```
登录后复制
。这很直观。
传入引用类型： 引用会被“剥离”。如果传入一个
```
int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;
```
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类型的变量，
```
T
```
登录后复制
仍然被推导为
```
int
```
登录后复制
。
```
const
```
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和
```
volatile
```
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限定符也会被剥离。这是因为按值传递的参数会创建一份副本，所以引用属性就没有意义了。
传入数组或函数类型： 它们会“衰退”成指针。例如，
```
char arr[10]
```
登录后复制
会推导出
```
T
```
登录后复制
是
```
char*
```
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；一个函数名会推导出
```
T
```
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是函数指针类型。

template<typename T> void func(T& param)

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(左值引用传递)

传入左值：
```
T
```
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会被推导为左值的非引用类型。例如，
```
int x = 10; func(x);
```
登录后复制
，
```
T
```
登录后复制
被推导为
```
int
```
登录后复制
。参数
```
param
```
登录后复制
的类型是
```
int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;
```
登录后复制
。如果
```
const int x = 10; func(x);
```
登录后复制
，
```
T
```
登录后复制
会被推导为
```
const int
```
登录后复制
，参数
```
param
```
登录后复制
的类型是
```
const int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;
```
登录后复制
。
```
const
```
登录后复制
属性在这里是保留的，因为它影响了引用的权限。
传入右值： 编译错误。左值引用不能绑定到右值（除非是
```
const
```
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左值引用）。

template<typename T> void func(T&& param)

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(万能引用/转发引用传递)

这是最值得深入探讨的部分，也是处理引用类型最强大的工具。

传入左值： 此时
```
T
```
登录后复制
会被推导为左值引用类型。例如，
```
int x = 10; func(x);
```
登录后复制
，
```
T
```
登录后复制
被推导为
```
int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;
```
登录后复制
。因此，
```
param
```
登录后复制
的实际类型是
```
int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp; &&
```
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，根据引用折叠规则，这会变成
```
int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;
```
登录后复制
。
传入右值： 此时
```
T
```
登录后复制
会被推导为非引用类型。例如，
```
func(10);
```
登录后复制
，
```
T
```
登录后复制
被推导为
```
int
```
登录后复制
。因此，
```
param
```
登录后复制
的实际类型是
```
int&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;&
```
登录后复制
。

这种“T&&”在面对左值时推导出引用类型，面对右值时推导出非引用类型的特殊行为，正是其被称为“万能引用”或“转发引用”的原因。它允许我们在模板中，以一个参数类型同时捕获左值和右值，并且保留它们的原始值类别。这对于实现完美转发至关重要，因为我们希望在将参数传递给内部函数时，它仍然保持其原始的左值/右值属性。

简而言之，模板类型推导并非简单地“复制”你传入的类型，它有一套复杂的规则，尤其是在处理引用时。理解这些规则，特别是万能引用的行为，是编写高效、正确且灵活的C++模板代码的关键。

何时应在模板中使用

std::remove_reference

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、

std::remove_pointer

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和

std::decay

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？

在我看来，这三个工具就像是C++类型系统里的“瑞士军刀”，各自有其独特且不可替代的用途。选择哪个，取决于你最终想要得到的类型“形态”是什么。

std::remove_reference<T>::type

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(或 C++14 后的
std::remove_reference_t<T>
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)

用途： 当你希望无论
```
T
```
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是左值引用（
```
X&amp;amp;
```
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）还是右值引用（
```
X&amp;amp;&
```
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），都能得到其底层的非引用类型（
```
X
```
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）时。如果
```
T
```
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本身就不是引用，它会保持不变。
典型场景：
- 存储副本： 你有一个模板函数接受一个可能为引用的参数，但你希望在函数内部创建一个该参数的“值”副本，而不是引用。
```
template<typename T>
class MyWrapper {
    std::remove_reference_t<T> value_; // 确保存储的是值，而不是引用
public:
    MyWrapper(T&& arg) : value_(std::forward<T>(arg)) {}
};
```
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- 定义局部变量： 当你希望一个局部变量是值类型，而不是引用类型时。
```
template<typename T>
void process(T&& arg) {
    std::remove_reference_t<T> temp_val = std::forward<T>(arg);
    // temp_val 总是值类型，即使arg是引用
}
```
  登录后复制
- 泛型容器元素类型： 当你希望容器存储的是元素的值，而不是元素的引用时。

std::remove_pointer<T>::type

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(或
std::remove_pointer_t<T>
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)

用途： 当你希望从一个指针类型（
```
X*
```
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）中获取它所指向的底层类型（
```
X
```
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）时。如果
```
T
```
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不是指针，它会保持不变。

典型场景：

解引用操作： 你有一个泛型函数，可能处理指针也可能处理值。当它是指针时，你可能需要获取其指向的类型。

template<typename T>
void inspect_value(T val) {
    if constexpr (std::is_pointer_v<T>) {
        std::remove_pointer_t<T> pointed_type_val = *val;
        std::cout << "Dereferenced value: " << pointed_type_val << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Value: " << val << std::endl;
    }
}

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内存分配： 当你需要为指针指向的对象分配内存时，你需要知道对象的实际类型。

std::decay<T>::type

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(或
std::decay_t<T>
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)

用途： 这是一个更全面的类型转换工具，旨在获取一个“纯粹的值类型”。它会执行以下转换：
- 移除引用（
```
X&amp;amp;
```
  登录后复制
  ->
```
X
```
  登录后复制
  ，
```
X&amp;amp;&
```
  登录后复制
  ->
```
X
```
  登录后复制
  ）。
- 移除cv限定符（
```
const X
```
  登录后复制
  ->
```
X
```
  登录后复制
  ，
```
volatile X
```
  登录后复制
  ->
```
X
```
  登录后复制
  ）。
- 将数组类型衰退为指针类型（
```
X[N]
```
  登录后复制
  ->
```
X*
```
  登录后复制
  ）。
- 将函数类型衰退为函数指针类型（
```
void(int)
```
  登录后复制
  ->
```
void(*)(int)
```
  登录后复制
  ）。
典型场景：
- 统一处理各种参数： 当你希望无论传入的参数是引用、const引用、数组还是普通值，最终都得到一个可拷贝、非引用、非const的“值”类型时。这在需要将参数存储为成员变量，或者作为另一个函数按值传递的参数时特别有用。
```
template<typename T>
void process_anything(T&& arg) {
    std::decay_t<T> processed_val = std::forward<T>(arg);
    // processed_val 总是纯粹的值类型，没有引用，没有const，数组已衰退
    std::cout << "Decayed value: " << processed_val << std::endl;
}
```
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- 函数对象或回调的参数类型： 当你定义一个泛型函数对象，其内部需要存储传入参数的“值”副本，并且希望这个副本是“干净”的（没有引用、const、数组衰退等复杂性）。

总结一下，

std::remove_reference

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用于剥离引用，

std::remove_pointer

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用于剥离指针，而

std::decay

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则是一个更“激进”的工具，用于获取一个最基础、最纯粹的值类型。根据你的具体需求，选择最合适的工具，可以让你在模板元编程中游刃有余。

如何利用类型特征（Type Traits）和

if constexpr

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编写针对指针/引用类型的条件逻辑？

在C++模板编程中，类型特征（Type Traits）和

if constexpr

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是编写智能、自适应代码的强大组合。它们允许我们在编译时根据类型属性来选择不同的代码路径，这比运行时条件判断更高效，也避免了不适用的代码被实例化。在我看来，这种能力是现代C++模板元编程的核心，它让泛型代码不再是“一刀切”，而是能根据具体类型“量体裁衣”。

类型特征 (Type Traits)

类型特征是一组类模板，它们在编译时提供关于类型的信息。它们通常以

std::is_xxx<T>::value

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或

std::is_xxx_v<T>

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（C++17简化写法）的形式使用。一些与指针和引用相关的常用类型特征包括：

```
std::is_pointer<T>
```
登录后复制
：判断
```
T
```
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是否为指针类型（包括
```
const
```
登录后复制
和
```
volatile
```
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修饰的指针）。
```
std::is_reference<T>
```
登录后复制
：判断
```
T
```
登录后复制
是否为引用类型（包括左值引用和右值引用）。
```
std::is_lvalue_reference<T>
```
登录后复制
：判断
```
T
```
登录后复制
是否为左值引用类型。
```
std::is_rvalue_reference<T>
```
登录后复制
：判断
```
T
```
登录后复制
是否为右值引用类型。
```
std::is_array<T>
```
登录后复制
：判断
```
T
```
登录后复制
是否为数组类型。
```
std::is_const<T>
```
登录后复制
：判断
```
T
```
登录后复制
是否为
```
const
```
登录后复制
限定类型。
```
std::is_volatile<T>
```
登录后复制
：判断
```
T
```
登录后复制
是否为
```
volatile
```
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限定类型。

这些特征在编译时求值，结果通常是一个

bool

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常量。

if constexpr

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(C++17及更高版本)

if constexpr

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是一个编译时条件语句。与普通的

if

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语句不同，

if constexpr

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的条件必须是一个能在编译时求值的

bool

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表达式。如果条件为

true

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，则只有

if

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块内的代码会被编译；如果条件为

false

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，则只有

else

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块（如果存在）内的代码会被编译。这意味着不被选择的代码分支根本不会被实例化，从而避免了类型不匹配导致的编译错误。

结合使用：编写条件逻辑

让我们通过一个具体的例子来看看如何结合使用类型特征和

if constexpr

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。假设我们有一个泛型函数，它需要处理一个参数，如果参数是指针，我们就解引用它；如果参数是引用，我们就直接使用；如果参数是普通值，我们也直接使用。

#include <iostream>
#include <type_traits> // 包含类型特征

template<typename T>
void process_flexible_type(T&& arg) {
    using DecayedType = std::decay_t<T>; // 获取纯粹的值类型，方便判断

    std::cout

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以上就是C++如何在模板中处理指针和引用类型的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！