Item 45：使用成員函數模板來接受所有兼容的類型

Item 45: Use member function templates to accept “all compatible types”.

Item 13提到智能指針可用來自動釋放堆中的內存，STL中的迭代器也是一種智能指針，它甚至支持鏈表元素指針的++操作。 這些高級特性是普通指針所沒有的。本文以智能指針為例，介紹成員函數模板的使用：

• 成員函數模板可以使得函數可以接受所有兼容的類型。
• 如果你用成員函數模板聲明了拷貝構造函數和賦值運算符，仍然需要手動編寫普通拷貝構造函數和拷貝運算符。

  隱式類型轉換

  智能指針雖然比普通指針提供了更多有用的特性，但也存在一些問題，比如我們有一個類的層級：

  class Top{};
  class Middle: public Top{};
  class Bottom: public Middle{};
  

  普通指針可以做到派生類指針隱式轉換為基類指針：

  Top *p1 = new Bottom;
  const Top *p2 = p1;
  

  但如果是智能指針，比如我們實現了SmartPtr，我們則需要讓下面代碼經過編譯：

  SmartPtr p1 = SmartPtr(new Bottom);
  SmartPtr p2 = p1;
  

  同一模板的不同實例之間是沒有繼承關系的，在編譯器看來AutoPtr和AutoPtr是完全不同的兩個類。 所以上述代碼直接編譯是有問題的。

  重載構造函數

  為了支持用SmartPtr初始化SmartPtr，我們需要重載SmartPtr的構造函數。 原則上講，有多少類的層級我們就需要寫多少個重載函數。因為類的層級是會擴展的，因此需要重載的函數數目是無窮的。 這時便可以引入成員函數模板了：

  template
  class SmartPtr{
  public:
      template
      SmartPtr(const SmartPtr& other);
  };
  

  注意該構造函數沒有聲明為explicit，是為了與普通指針擁有同樣的使用風格。子類的普通指針可以通過隱式類型轉換變成基類指針。

  接受同一模板的其他實例的構造函數被稱為通用構造函數（generalized copy constructor）。

  兼容類型檢查

  事實上，通用構造函數提供了更多的功能。他可以把一個SmartPtr隱式轉換為SmartPtr，把一個SmartPtr轉換為SmartPtr。 但普通指針是不允許這些隱式轉換的。因此我們需要把它們禁用掉。注意一下通用構造函數的實現方式便可以解決這個問題：

  template
  class SmartPtr{
  public:
      template
      SmartPtr(const SmartPtr& other): ptr(other.get()){};
      T* get() const{ return ptr; }
  private:
      T *ptr;
  };
  

  在ptr(other.get())時編譯器會進行類型的兼容性檢查，只有當U可以隱式轉換為T時，SmartPtr才可以隱式轉換為SmartPtr。 這樣就避免了不兼容指針的隱式轉換。

  其他使用方式

  除了隱式類型轉換，成員函數模板還有別的用途，例如賦值運算符。。下面是shared_ptr的部分源碼：

  template 
  class shared_ptr{
  public:
      template
          explicit shared_ptr(Y *p);
      template
          shared_ptr const& r>;
      template
          shared_ptr& operator=(shared_ptr const& r);
  };
  

  可以看到普通指針Y*到shared_ptr聲明了explicit，需要顯式的類型轉換；而shared_ptr之間只需要隱式轉換。 使用拷貝構造函數模板存在一個問題：編譯器是會生成默認的拷貝構造函數？還是會從你的模板實例化一個拷貝構造函數？ 即Y == T場景下的編譯器行為。

  事實上，成員函數模板不會改變C++的規則。C++規則講：如果你沒有聲明拷貝構造函數，那麼編譯器應該生成一個。 所以Y == T時拷貝構造函數不會從成員函數模板實例化，而是會自己生成一個。

  所以shared_ptr模板中還是手動聲明了拷貝構造函數：

  template
  class shared_ptr{
  public:
      shared_ptr(shared_ptr const& r);
      template
          shared_ptr(shared_ptr const& r);
  
      shared_ptr& operator=(shared_ptr const& r);
      template
          shared_ptr& operator=(shared_ptr const& r);
  };