C++模版进阶

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。

template<class T, size_t N = 10>
class array
{
public:
	T& operator[](size_t index){return _array[index];}
	const T& operator[](size_t index)const{return _array[index];}
	size_t size()const{return _size;}
	bool empty()const{return 0 == _size;}
private:
	T _array[N];
	size_t _size;
}；

注意：

1. 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。
2. 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

模板的特化

概念

通常情况下，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：实现了一个专门用来进行小于比较的函数模板

// 函数模板 -- 参数匹配
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
return 0;
}

可以看到，Less绝对多数情况下都可以正常比较，但是在特殊场景下就得到错误的结果。上述示例中，p1指向的d1显然小于p2指向的d2对象，但是Less内部并没有比较p1和p2指向的对象内容，而比较的是p1和p2指针的地址，这就无法达到预期而错误。
此时，就需要对模板进行特化。即：在原模板类的基础上，针对特殊类型所进行特殊化的实现方式。模板特化中分为函数模板特化与类模板特化。

函数模板特化

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。

// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
	return left < right;
}

// 对Less函数模板进行特化
template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
{
	return *left < *right;
}
int main()
{
	cout << Less(1, 2) << endl;
	Date d1(2022, 7, 7);
	Date d2(2022, 7, 8);
	cout << Less(d1, d2) << endl;
	Date* p1 = &d1;
	Date* p2 = &d2;
	cout << Less(p1, p2) << endl; // 调用特化之后的版本，而不走模板生成了
	return 0;
}

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。

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。

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

int main()
{
	Data<int, int> d1;
	Data<double, double> d2;
	return 0;
}

偏特化

偏特化：任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本。比如对于以下模板类：

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


// 将第二个参数特化为int
//只要第二个参数是int类型的就会匹配下面的类
template <class T1>
class Data<T1, int>
{
public:
	Data() {cout<<"Data<T1, int>" << endl;}
private:
	T1 _d1;
	int _d2;
};

//两个参数偏特化为指针类型
//当两个模板参数是指针就会匹配,不管是什么类型的指针
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1*, T2*>
{
public:
	Data() {cout<<"Data<T1*, T2*>" << endl;}
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};


//两个参数偏特化为引用类型
//T1&, T2&
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1&, T2&>
{
public:
Data(const T1& d1, const T2& d2)
	: _d1(d1)
	, _d2(d2)
{
	cout<<"Data<T1&, T2&>" <<endl;
}
private:
	const T1 & _d1;
	const T2 & _d2;
};


int main()
{
	Data<double, int> d1;   //匹配第二个  调用基础的模板
	Data<double, char> d2;  //匹配第一个  调用特化的int版本
	Data<int*, char*> d3;   //匹配第三个  调用特化的指针版本
	Data<int&, char&> d4;   //匹配第四个  调用特化的指针版本

	return 0;
}

模板分离编译

什么是分离编译

一个程序（项目）由若干个源文件共同实现，而每个源文件单独编译生成目标文件，最后将所有目标文件链接起来形成单一的可执行文件的过程称为分离编译模式。

模板的分离编译

// 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;
}

C/C++程序运行要经历下面四个步骤：
预处理->编译->汇编->链接

1. 预处理功能主要包括宏定义,文件包含,条件编译,去注释等。
2. 编译阶段：gcc 首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等,以确定代码的实际要做的工作,在检查无误后,gcc 把代码翻译成汇编语言。
   头文件不参与编译，编译器对工程中的多个源文件是分离开单独编译的。
3. 汇编阶段：将汇编代码已转化为二进制目标代码。
4. 链接：将多个obj文件合并成一个，并处理没有解决的地址问题。

在a.cpp中，编译器没有看到对Add模板函数的实例化，因此不会生成具体的加法函数
在main.obj中调用的Add<int>与Add<double>，编译器在链接时才会找其地址，但是这两个函数没有实例化没有生成具体代码，因此链接时会报错

解决方法

1、将声明和定义放到一个文件 “xxx.hpp” 里面或者xxx.h其实也是可以的。推荐使用这种。
2、模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，不推荐使用。

拓展
为什么C++编译器不能支持对模板的分离式编译