第15章泛型编程：概念、模板与类型擦除

1. 为什么要有这一章

第4章用 ::fast_io::vector<int> 解释了“什么是 vector”，却从没说过那个 <int> 是从哪儿来的。第6.6章演示了重载解析如何在 add(int, int) 与 add(double, double) 之间选择，也停在了重载失效的地方：函数体一模一样，只有类型不同。

那里正是泛型编程的起点。它的想法不是“把类型填进空里”，而是 把算法写一遍、把它的要求写出来、让编译器去检查这些要求。做这件事的工具有四个，也正是本章的四条主线：

类型特征（traits） —— 关于类型的编译期事实（第15.1章）；
概念（concepts） —— 编译器在实例化之前就检查的具名要求（第15.3章）；
模板 —— 怎么定义一个模板，以及实例化的一切细节：值作为参数、推导、参数包、展开语句（第15.2章、第15.4章至第15.8章）；
类型擦除 —— 当选择真的必须发生在运行期时该怎么做（第15.10章）。

本章只有一个敌人：代码膨胀。每一个不同的模板实参都会把模板碰到的一切原样生成一份；把同一套逻辑实例化一千次的程序，编译很慢、二进制很大。所以本章在讲模板的同时，也讲怎么把它压小：用概念把它收紧，用去模板化把它缩小，用类型擦除把它藏到一个类型后面。

2. 每个想法的一句话总结

想法	一句话	章节
类型特征	关于类型的编译期事实，形式是一个 `bool` 或另一个类型。	第15.1章
模板定义	带形参列表的声明；编译器为每个实参生成一份。	第15.2章
概念	编译器在实例化之前检查的一份具名要求清单；用来给类型分类，不用来搭分派。	第15.3章
非类型参数	一个“是值而不是类型”的模板实参。	第15.4章
推导	编译器替你写 `<...>`。	第15.5章
参数包	零个或多个模板实参，由折叠表达式或 `template for` 消费。	第15.6章
`template for`	编译器在编译期展开的循环，每个元素一次迭代。	第15.7章
`if constexpr`	一个把未选中分支丢弃掉、而不编译它的 `if`。	第15.8章
去模板化	把不碰模板实参的代码移出模板。	第15.9章
类型擦除	一个非模板类型装下许多类型的值，而且不用继承。	第15.10章
`print`/`scan` 支持	一个标签变量加一个概念：fast_io 的泛型打印如何找到你的类型。	第15.11章

3. 贯穿全章的示例

有一个小类型会跟着我们走完本章：三路 8 位通道、外加一个名字的颜色。


struct rgb
{
	::std::uint_least8_t r{}, g{}, b{};

	[[nodiscard]] ::std::string_view name() const noexcept
	{
		return "rgb";
	}
};

它小到可以直接印在页面中间，有成员函数可以用来约束，有字段可以比较，还有一个显然的文本形式 (7,128,255) 可以扫回来。本章最后一页就教 fast_io 打印并扫描这个类型。

4. 本章约定

每个函数要么 noexcept，要么 throws，绝不留空（第6.16章）。对模板来说，noexcept 是对所有实例化的承诺，所以只有任何实例化都不会失败时才写。当契约取决于实参时，写成条件形式 throws(!noexcept(...)) （第15.8章）。
失败用赫布异常：throw throws ... 与 catch throws (::std::error e) （第3.16章）。函数指针类型同样带错误契约，所以 void (*)(void *) noexcept 和 void (*)(void *) throws 是不同类型。
整数用 ::std::int_least64_t、::std::uint_least8_t、 ::std::size_t；浮点用 ::std::float64_t。
本页所有完整程序都用 -std=c++26 -fherbceptions -lherbceptions 编译并运行过；显示的输出就是它真正打印出来的内容。实例化个数用 nm -C 在链接后的可执行文件上读出。
比较器一律用具名函数对象（::std::ranges::greater），不用 lambda；除非那一节谈的正是 lambda（第15.9章）。

5. 你应该已经会的东西

重载（第6.6章）—— 模板就是“让编译器去写那几份拷贝”的重载。
constexpr 与 consteval （第7章）—— 模板实参通常必须是常量表达式。
lambda（第6.13章）—— 每个 lambda 都是一个独立类型，这正是第15.9章存在的理由。
五法则（第14章）—— 第15.1章的特征就是那一章隐式用到的特征，第15.10章还要再用一次拷贝、移动、析构。
::std::vector 的接口（第4.3章）—— 第15.9章要拆开 fast_io 的 vector。