【C++】模版进阶
1. 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。
//定义一个模板类型的静态数组
template<size_t N = 10, bool flag = false>
class Stack
{
private:
int _a[N];
int _top;
};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。
2. 模板的特化
2.1 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
class Date
{
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& d)const
{
return (_year < d._year) ||
(_year == d._year && _month < d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
// 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(2024, 10, 30);
Date d2(2024, 10,29);
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显然大于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。
2.2 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(2024, 10, 30);
Date d2(2024, 10, 29);
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。
2.3 类模板特化
2.3.1 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
//全特化
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
template<>
class Data<int, char>
{
public:
Data() { cout << "Data<int, char>" << endl; }
private:
int _d1;
char _d2;
};
int main()
{
Data<int, int> d1;
Data<int, char> d2;
return 0;
}
2.3.2 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;
};偏特化有以下两种表现方式：
- 部分特化
将模板参数类表中的一部分参数特化。
// 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;
};- 参数更进一步的限制
偏特化并不仅仅是指特化部分参数，而是针对模板参数更进一步的条件限制所设计出来的一 个特化版本。
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
return left < right;
}
// 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;
};
//两个参数偏特化为指针类型
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
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; // 调用特化的int版本
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); // 调用特化的指针版本
return 0;
}
2.3.3 类模板特化应用示例
有如下专门用来按照小于比较的类模板Less：
#include<vector>
#include<algorithm>
template<class T>
//仿函数
struct Less
{
bool operator()(const T& x, const T& y) const
{
return x < y;
}
};
int main()
{
Date d1(2024, 10, 15);
Date d2(2024, 10, 14);
Date d3(2024, 10, 17);
vector<Date> v1;
v1.push_back(d1);
v1.push_back(d2);
v1.push_back(d3);
// 可以直接排序，结果是日期升序
sort(v1.begin(), v1.end(), Less<Date>());
for (auto& e : v1)
{
cout << e << endl;
}
cout << endl;
vector<Date*> v2;
v2.push_back(&d1);
v2.push_back(&d2);
v2.push_back(&d3);
// 可以直接排序，结果错误日期还不是升序，而v2中放的地址是升序
// 此处需要在排序过程中，让sort比较v2中存放地址指向的日期对象
// 但是走Less模板，sort在排序时实际比较的是v2中指针的地址，因此无法达到预期
sort(v2.begin(), v2.end(), Less<Date*>());
for (auto& e : v2)
{
cout << *e << endl;
}
return 0;
}
通过观察上述程序的结果发现，对于日期对象可以直接排序，并且结果是正确的。但是如果待排 序元素是指针，结果就不一定正确。因为：sort最终按照Less模板中方式比较，所以只会比较指 针，而不是比较指针指向空间中内容，此时可以使用类版本特化来处理上述问题：
// 对Less类模板按照指针方式特化
template<>
struct Less<Date*>
{
bool operator()(Date* x, Date* y) const
{
return *x < *y;
}
};
特化之后，在运行上述代码，就可以得到正确的结果
3 模板分离编译
3.1 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。
3.2 模板的分离编译
假如有以下场景，模板的声明与定义分离开，在头文件中进行声明，源文件中完成定义：
// 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;
}分析：
3.3 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，推荐。
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。
显示实例化 template int Add(const int& left, const int& right); template double Add(const double& left, const double& right);
4. 模板总结
【优点】
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
【缺陷】
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
结束语
本篇内容到此结束，感谢大家的支持。
腾讯云开发者
