模板基础：声明形式、实例化、特化/偏特化、非类型参数

一、三类模板

// 函数模板
template <typename T> T max(T a, T b) { return a>b?a:b; }

// 类模板
template <typename T, typename Alloc = std::allocator<T>>
class MyVec { /*…*/ };

// 变量模板 (C++14)
template <typename T> inline constexpr bool is_integral_v = is_integral<T>::value;

二、模板的「实例化」本质（必答）

• 模板本身不是类型/函数：它是生成代码的蓝图。
• 用到 MyVec<int> 时编译器按实参实例化出一份真实类型/函数。
• 类模板在使用其成员（或完整对象）时按需实例化；函数模板按调用推断实参实例化。
• 为什么实现放头文件？ 因为每个翻译单元看到调用就要生成代码（除非显式实例化 .cpp 提供符号）。模板实现放 .cpp 会导致在别的 TU 链接不到（除非显式实例化 extern template）。
• 代价：每 TU 独立实例化 → 二进制重复（用 extern template 减少；-fno-implicit-templates 等）。

三、特化（全特化）vs 偏特化

// 主模板
template <typename T, typename U> struct Pair { /*通用*/ };

// 偏特化(partial specialization)：部分参数写死/缩小
template <typename U> struct Pair<int, U> { /*针对第一个int*/ };

// 全特化(explicit full specialization)：全部实参给定
template <> struct Pair<int, char> { /*专属实现*/ };

要点：

• 类模板可偏特化 + 全特化；函数模板只能全特化，不能偏特化（要用“函数重载”达到偏特化效果）——常考。
• 选择顺序：全特化 > 更专科的偏特化 > 主模板，编译器取「最特化且可行」的匹配。

四、非类型参数（NTTP）

template <size_t N> struct FixedArray { T data[N]; };
FixedArray<64> a;               // N 是编译期常量
template <int W, int H> struct Mat;
Mat<64, 32> m;

可以做模板参数：整型、枚举、指针/reference、char*字面量（C++20 更宽：浮点/自定义对象）。NTTP = 编译期多态的工具（比如 kernel 按 tile 大小展开，避免运行期分支）。

五、模板参数包（variadic）

template <typename... Ts> auto sum(Ts... args);   // pack
// sizeof...(Ts) 元素个数
// C++17 fold: (args + ...)

六、模板与 ODR / 头文件包含

• 类模板、inline 函数、内联变量、constexpr（C++17）多 TU 重复定义合法（weak symbols/vague linkage）——因此能放头文件。
• 避免头文件放非 inline 的普通变量或函数（重定义）。

七、常见理解陷阱（背过就能答对）

1. 函数模板不能偏特化，但可用重载近似；匹配顺序复杂。
2. 模板实参推断不给显式时可空：max<int>(1, 2.0) 显式指定后隐式转换。
3. dependent name（依赖名）：T::x 需 typename T::x（除非 C++20 auto）告诉编译器是类型；访问成员模板需 template disambiguator。这是模板最难记的两处。
4. 模板参数默认值只能放声明，不能放重复；类模板默认参放最后。

八、怎么向面试官讲「为什么 HPC 常把 size 做成模板」

回答：NTTP 让编译器在编译期知道循环边界 → 完全展开/unroll + 传播常量 → 配合 SIMD 无需运行期分支；换不同 size 只是换一次实例化（如 template<int BLK> void gemm(...) 按块特化）。这解释了许多高性能库把 int 维度/策略写进类型参数的动机。

九、自测推导

1. 函数模板和重载同出现谁胜？
2. template<typename T> void f(T); template<typename T> void f(T*); 对 f(&x) 哪个更特化优先生成？（指针版，约束更窄，更特化优先）
3. enable_if/if constexpr 之后才允许把 int 当参……（提示 SFINAE 主题在看）