Как передать шаблон функции в другую функцию?

#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T> auto f(T x) -> decltype(x*x)
{
  return x * x;
}
template <typename T> T g(T x)
{
  return x * x;
}
template <template <class> class F> void test(F f)
{
    auto a = f(32);
    auto b = f(' ');
    auto c = f(2000000000L);
    cout << a << ' ' << b << ' ' << c << endl;
}
int main()
{
    test(f);
    test(g);
    return 0;
}

prog.cpp:15:47: error: variable or field 'test' declared void
 template <template <class> class F> void test(F f)
                                               ^
prog.cpp:15:49: error: missing template arguments before 'f'
 template <template <class> class F> void test(F f)
                                                 ^
prog.cpp: In function 'int main()':
prog.cpp:26:8: error: 'test' was not declared in this scope
  test(f);
        ^

Могу порекомендовать в определенном смысле обходной, но в определенном - и прямой путь. В C++14 (а у вас четко указан этот тэг) лямбды тоже могут быть шаблонами.

auto f = [](auto x){ cout << x << endl; return x*x; };
template<typename F> void test(F f)
{
    auto a = f(32);
    auto b = f(' ');
    auto c = f(2000000000ull);
    cout << a << ' ' << b << ' ' << c << endl;
}
int main()
{
    test(f);
    return 0;
}

Вызывается f именно как шаблон (разная для разных аргументов).

Да, это не есть абсолютно строгий и точный ответ на заданный вопрос, но - шаблон в шаблоне вызван :)

Можно использовать лямбду и как уровень косвенности:

template <typename T> T g_(T x)
{
  return x * x * x;
}
auto g = [](auto x){ cout << typeid(x).name() << endl; return g_(x); };
template<typename F> void test(F f)
{
    auto a = f(32);
    auto b = f(' ');
    auto c = f(2000000000ull);
    cout << a << ' ' << b << ' ' << c << endl;
}
int main()
{
    test(g);
    return 0;
}

Пример на ideone: http://ideone.com/kfUWtx

Немного теории.

Для того, чтобы можно было вызывать f(42) и f(42L) одновременно - переменная f должна быть типа, у которого определен шаблонный оператор ():

struct F {
  template <typename T> void operator () (T value);
};
void test(F f); // работает

Если же переставить шаблон в другое место - то вы не сможете инстанцировать F:

template <typename T> struct F {
  void operator () (T value);
};
void test(F f); // ошибка компиляции: F - это шаблон типа, а не тип

Проблема с функциями - в том, что ссылка на шаблонную функцию больше похожа по своим свойствам на вторую форму записи, чем на первую.

Как уже написал @Harry - для неявного создания структуры первого типа можно использовать лябмды:

auto g = [](auto x){ return x*x; };
template<typename F> test(F f); // сюда можно передать переменную g

Это невозможно, в том виде, что Вы хотите. Вы имеете две шаблонных функции test и f, которые встречаются в одном выражении, и в которых тип аргумента должен быть выведен из переданных аргументов. Что может вывести из этой test(f) строчки компилятор? Ничего, т.к. нет никакой уточняющей информации, конкретизирующей, что за версию нужно инстанциировать.