你知道C++多少——模版进阶
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目录
1. 非类型模板参数
2. 模板的特化
2.1 概念
2.2 函数模板特化
2.3 类模板特化
2.3.1 全特化
2.3.2 偏特化(重要，需要理解）
2.3.3 类模板特化应用示例
3 模板分离编译
3.1 什么是分离编译
3.2 模板的分离编译
4. 模板总结
1. 非类型模板参数
假如我们想定义一个静态栈，我们之前用宏定义，如下面的代码所示
但是这里会出现一个问题，假如我们要用一个大小为100，另外一个为10呢？除了再定义一个静态栈还有其他办法吗？所以，我们给出了一种新的方法。如下面代码所示，我们新增加了一个模版参数
注意这里是俩个不同的栈，只不过不是我们写的，而是编译器写的。俗话说的“死道友不死贫道”，编译器就是我们的道友，这样就减少了代码的冗余
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 。
namespace bite
{// 定义一个模板类型的静态数组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 。
一些tips
1、C++20之前，只允许整型做非类型模版参数
C++20之后，可以支持double
2、
3、
arry不会初始化，但是arry不如用vector
4、
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
// 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
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 ( 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。
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。
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 ;};void TestVector (){Data < int , int > d1 ;Data < int , char > d2 ;}
2.3.2 偏特化(重要，需要理解）
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。
// 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 ;};void test2 (){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}
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 >struct Less{bool operator ()( const T & x , const T & y ) const{return x < y ;}};int main (){Date d1 ( 2022 , 7 , 7 );Date d2 ( 2022 , 7 , 6 );Date d3 ( 2022 , 7 , 8 );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 > ());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 *> ());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.htemplate < class T >T Add ( const T & left , const T & right );// a.cpptemplate < 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 ;}
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。
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。
【分离编译扩展阅读】 点击进入
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
最后，感谢大家