C++ 模板进阶

目录

一、非类型模板参数

二、模板的特化

1、函数模板特化

2、类模板特化

全特化

偏特化

三、模板分离编译

1、定义

2、解决方法

3、模板总结

一、非类型模板参数

• 模板参数分类类型形参与非类型形参。
• 类型形参即：出现在模板参数列表中，跟在class或者typename之类的参数类型名称。
• 非类型形参，就是用一个常量作为类(函数)模板的一个参数，在类(函数)模板中可将该参数当成常量来使用。
• 浮点数、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的。
• 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

template<class T, int N = 20>
class Array
{
public:

private:
	T _a[N];
};
int main()
{
	Array<int, 10> a;
	Array<int, 15> b;
	return 0;
}

二、模板的特化

1、函数模板特化

使用模板可以实现一些与类型无关的代码，但对于一些特殊类型的可能会得到一些错误的结果，需要特殊处理，比如：实现了一个专门小于比较的函数模板。

template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
	return left < right;
}

int main()
{
	cout << Less(1, 2) << endl;   // 可以比较，结果正确

	Date d1(2022, 7, 7);
	Date d2(2022, 7, 8);
	cout << Less(d1, d2) << endl;  // 可以比较，结果正确

	Date* p1 = &d1;
	Date* p2 = &d2;
	cout << Less(p1, p2) << endl;  // 可以比较，结果错误

	int* p3 = new int(1);
	int* p4 = new int(2);
	cout << Less(p3, p4) << endl;  // 可以比较

	return 0;
}

Less?函数是一个通用的模板函数，用于比较两个值的大小。大多数情况下，它可以正常比较并返回正确的结果。然而，在特殊情况下，比如比较指针类型时，Less?函数的行为可能会出现错误。

为了解决这个问题，可以对模板进行特化。模板特化是在原模板的基础上，针对特定类型进行特殊化的实现方式。在这种情况下，可以对?Less?函数进行特化，以处理指针类型的比较。

通过对?Less?函数进行特化，当比较指针类型时，会比较指针所指向的对象的内容，而不是指针的地址。这样就可以得到正确的比较结果。?

函数模板的特化步骤：

1. 必须要先有一个基础的函数模板
2. 关键字template后面接一对空的尖括号<>
3. 函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型
4. 函数形参表:?必须要和模板函数的基础参数类型完全相同，如果不同编译器可能会报一些奇怪的错误。

template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
{
	return *left < *right;
}

template<class T>
bool Less(T* left, T* right)
{
    return *left < *right;
}

这两个代码片段都是对?Less?函数进行特化，用于处理指针类型的比较。它们的区别在于特化的方式和适用范围。

1. template<> bool Less<Date*>(Date* left, Date* right) { ... }： 这是一个显式的全特化，针对?Less?函数的模板参数为?Date*?的情况进行特化。它指定了具体的类型?Date*，并提供了特化的实现。这个特化只适用于?Date*?类型的指针比较。

2. template<class T> bool Less(T* left, T* right) { ... }： 这是一个偏特化的部分特化，针对?Less?函数的模板参数为指针类型的情况进行特化。它使用了模板参数?T，表示任意类型的指针。这个特化适用于所有类型的指针比较。

总结来说，全特化是对特定类型进行特化，而部分特化是对一类类型进行特化。在给定的示例中，全特化?Less<Date*>?专门处理?Date*?类型的指针比较，而部分特化?Less<T*>?适用于所有类型的指针比较。选择使用哪种特化方式取决于具体的需求和使用场景。

注意：一般情况下如果函数模板遇到不能处理或者处理有误的类型，为了实现简单通常都是将该函数直接给出。

bool Less(Date* left, Date* right)
{
	return *left < *right;
}

• 该种实现简单明了，代码的可读性高，容易书写，因为对于一些参数类型复杂的函数模板，特化时特别给出，因此函数模板不建议特化。?

2、类模板特化

全特化

全特化即是将模板参数列表中所有的参数都确定化。

#include <iostream>

template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
    Data() { std::cout << "Data<T1, T2>" << std::endl; }
private:
    T1 _d1;
    T2 _d2;
};

template<>
class Data<int, char>
{
public:
    Data() { std::cout << "Data<int, char>" << std::endl; }
private:
    int _d1;
    char _d2;
};

void TestVector()
{
    Data<int, int> d1;
    Data<int, char> d2;
}

int main()
{
    TestVector();
    return 0;
}

// 将第二个参数特化为int
template <class T1>
class Data<T1, int>
{
public:
	Data() { cout << "Data<T1, int>" << endl; }
private:
	T1 _d1;
	int _d2;
};

#include <iostream>

template <class T1, class T2>
class Data<T1*, T2*>
{
public:
    Data() { std::cout << "Data<T1*, T2*>" << std::endl; }

private:
    T1* _d1;
    T2* _d2;
};

template <class T1, class T2>
class Data<T1&, T2&>
{
public:
    Data(const T1& d1, const T2& d2)
        : _d1(d1), _d2(d2)
    {
        std::cout << "Data<T1&, T2&>" << std::endl;
    }

private:
    const T1& _d1;
    const T2& _d2;
};

void test2()
{
    Data<double, int> d1;           // 调用基础的模板
    Data<int, double> d2;           // 调用基础的模板
    Data<int*, int*> d3;            // 调用特化的指针版本
    Data<int&, int&> d4(1, 2);      // 调用特化的引用版本
}

int main()
{
    test2();
    return 0;
}

// a.h
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right);

// a.cpp
template<class T>
T Add(const T & left, const T & right)
{
	return left + right;
}

// main.cpp
#include "a.h"
int main()
{
	Add(1, 2);
	Add(1.0, 2.0);

	return 0;
}

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right);

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

template
double Add<double>(const double& left, const double& right);

template
int Add<int>(const int& left, const int& right);

3、模板总结

1. 模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发，C++的标准模板库(STL)因此而产生。
2. 增强了代码的灵活性。

1. 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长。
2. 出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误。