Синтаксическое ограничение на конструкторы шаблонных классов

Вопрос или проблема

template <typename T>
class Foo
{
  public:
    Foo(){}
    Foo(Foo const&){}
    ~Foo(){}
};

template <typename T>
class Foo
{
  public:
    Foo<T>(){}
    Foo<T>(Foo<T> const&){}
    ~Foo<T>(){}
};

template <typename T> Foo<T>::Foo() {}
template <typename T> Foo<T>::Foo(Foo const&) {}
template <typename T> Foo<T>::~Foo() {}

template <typename T> Foo<T>::Foo() {}
template <typename T> Foo<T>::Foo(Foo<T> const&) {}
template <typename T> Foo<T>::~Foo<T>() {} // Да, даже так

template <typename T> Foo<T>::Foo<T>() {}
template <typename T> Foo<T>::Foo<T>(Foo<T> const&) {}

error: 'Foo<T>::Foo' называет конструктор, а не тип
error: и 'Foo<T>' не имеет шаблонных конструкторов

Ответ или решение

Когда вы работаете с шаблонными классами в C++, возникают определенные ограничения в синтаксисе, касающиеся определения конструкторов (и, в частности, шаблонных конструкторов). Давайте разберемся, в чем заключается данная проблема и почему существует такая синтаксическая ограниченность.

Синтаксис шаблонных классов и конструкторов

При определении шаблонного класса вы можете использовать как меньшее, так и более полное количество шаблонных параметров. Например, вы можете определить класс Foo следующим образом:

template <typename T>
class Foo
{
  public:
    Foo() {}  // Конструктор по умолчанию
    Foo(Foo const&) {}  // Конструктор копирования
    ~Foo() {}  // Деструктор
};

Это компактная форма. С другой стороны, вы можете задать конструкторы с явным указанием шаблонного параметра, как показано ниже:

template <typename T>
class Foo
{
  public:
    Foo<T>() {}  // Конструктор по умолчанию
    Foo<T>(Foo<T> const&) {}  // Конструктор копирования
    ~Foo<T>() {}  // Деструктор
};

Ошибка при явном указании имени шаблона

Однако, если вы попытаетесь определить конструкторы с явным указанием имени шаблона Foo<T>, например:

template <typename T> 
Foo<T>::Foo<T>() {}
template <typename T> 
Foo<T>::Foo<T>(Foo<T> const&) {}

Вы получите следующую ошибку компиляции:

error: 'Foo<T>::Foo' names the constructor, not the type
error: and 'Foo<T>' has no template constructors

Это происходит потому, что синтаксис C++ определяет конструктор как специальный вид функции, который не может иметь никакого шаблонного параметра. Таким образом, выражение Foo<T>::Foo<T>() интерпретируется компилятором как попытка указать тип конструктора, но на самом деле это имя конструктора, и компилятор не может сопоставить его с шаблоном.

Объяснение ограничения

1. Имя конструктора: В C++, конструкторы в рамках классов являются специальными функциями, и их имя совпадает с именем класса. Следовательно, конструктор не может быть шаблоном сам по себе; это просто функция, которая инициализирует экземпляр класса.

2. Разделение контекста: Когда вы определяете функцию вне контекста класса, вы можете явно указывать шаблонные параметры, и компилятор распознает это как соответствующий вызов шаблонного конструктора. Внутри класса, однако, конструктор не имеет типа, который можно было бы шаблонизировать с параметром.

3. Упрощение: C++ предназначен для упрощения механизма определения конструкций. Если бы позволили такие синтаксиса, это могло бы запутать пользователей и усложнить механизмы разрешения имен.

Заключение

Таким образом, ошибку можно объяснить синтаксической ограниченностью самого языка C++, которая не позволяет определить конструкторы шаблона с явным указанием типа на основании имени класса. Однако вы все равно можете использовать шаблонные параметры с конструкторами без явного указания типа, что дает необходимую гибкость при создании и использовании шаблонных классов. Понимание этих нюансов поможет вам избегать подобных ошибок в будущем и улучшит ваши навыки программирования на C++.