面试题：C++引用与指针在模板元编程中的特性及应用差异

引用和指针在模板参数中的行为差异

模板参数类型：
- 引用：当模板参数是引用类型时，它绑定到一个已存在的对象，不能重新绑定到其他对象。例如：

template<typename T>
void func(T& ref) {
    // 这里ref始终绑定到传入的对象
}

指针：模板参数为指针类型时，它可以指向不同的对象。例如：

template<typename T>
void func(T* ptr) {
    // ptr可以重新指向其他T类型的对象
}

类型推导：
- 引用：在模板类型推导中，引用类型会被自动剥离。例如：

template<typename T>
void deduce(T& param) {}
int num = 10;
deduce(num); // T被推导为int，而不是int&

指针：指针类型在推导时保持指针特性。例如：

template<typename T>
void deduce(T* param) {}
int num = 10;
int* ptr = &num;
deduce(ptr); // T被推导为int

引用和指针在模板实例化过程中的行为差异

实例化时机：
- 引用：如果模板参数是引用类型，实例化依赖于引用对象的存在。例如：

template<typename T>
class RefClass {
public:
    T& ref;
    RefClass(T& ref) : ref(ref) {}
};
int num = 10;
RefClass<int> refObj(num); // 实例化依赖于num的存在

指针：模板参数为指针类型时，实例化不依赖于指针所指向对象的实际存在，只要指针类型正确即可。例如：

template<typename T>
class PtrClass {
public:
    T* ptr;
    PtrClass(T* ptr) : ptr(ptr) {}
};
// 可以先实例化，之后再给指针赋值
PtrClass<int> ptrObj(nullptr);

内存管理：
- 引用：引用本身不拥有对象的所有权，所以在模板实例化的类中使用引用，不需要额外的内存管理逻辑来释放对象。例如上述RefClass。
- 指针：模板实例化的类中使用指针，可能需要考虑内存管理，比如在析构函数中释放指针指向的对象，以避免内存泄漏。例如：

template<typename T>
class PtrClass {
public:
    T* ptr;
    PtrClass(T* ptr) : ptr(ptr) {}
    ~PtrClass() {
        delete ptr;
    }
};

对模板元编程实现的影响

编译期计算：
- 引用：由于引用在编译期绑定到对象，常用于编译期需要访问特定对象状态的场景。例如，通过引用传递一个编译期常量对象，在模板中使用其值进行编译期计算。
- 指针：指针更灵活，可用于编译期构建复杂的数据结构，如编译期链表或树，因为指针可以重新指向不同的节点。
代码生成：
- 引用：引用在编译期生成的代码可能更直接，因为它直接绑定到对象，没有额外的间接寻址。
- 指针：指针由于其灵活性，可能导致生成的代码有更多的间接寻址操作，增加代码的复杂性。

实际应用场景代码示例

引用的应用场景 - 访问全局常量对象进行编译期计算：

constexpr int globalConst = 10;
template<typename T>
constexpr int calculate(T& ref) {
    return ref * 2;
}
constexpr int result = calculate(globalConst); // result为20

指针的应用场景 - 编译期链表：

template<typename T>
struct Node {
    T data;
    Node* next;
    Node(T data, Node* next = nullptr) : data(data), next(next) {}
};
template<typename T>
constexpr int sumList(Node<T>* head) {
    return head? head->data + sumList(head->next) : 0;
}
constexpr Node<int> node1(1);
constexpr Node<int> node2(2, &node1);
constexpr Node<int> node3(3, &node2);
constexpr int listSum = sumList(&node3); // listSum为6

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面试题：C++引用与指针在模板元编程中的特性及应用差异

知识考点

面试题答案

引用和指针在模板参数中的行为差异

引用和指针在模板实例化过程中的行为差异

对模板元编程实现的影响

实际应用场景代码示例