【C++】模板进阶
- 非类型模板参数
- 模板的特化
-
- 概念
- 函数模板特化
- 类模板特化
-
- 全特化
- 偏特化
- 类模板特化的具体应用场景
非类型模板参数
模板参数分为类型形参与非类型形参。
类型形参：出现在模板参数列表中，跟在class或者typename之后的参数类型名称。
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 lx
{
// 定义一个模板类型的静态数组
template<class T, size_t N = 10> //注意这里的N是可以给缺省值的
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：
- 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。
- 非类型模板参数只能是一个整形常量（只能是整形家族的类型，比如int、char、short），给定值以后在类体里是不能再被改值的（如上面代码template
里的size_t N）。
模板参数的类型形参与非类型形参说到底就是解决了对一个类型进行typedef 和 宏常量的局限性问题。比如typedef int Type ; 如果我们的数据是int 型，那没有任何问题，但如果我们现在想要用 double 类型的数据，那就只能将前面的typedef 进行改动，很不方便，但模板里的类型参数就解决了这个问题，你可以传不同的类型。比如 #define N 10; 那这个N的值就被固定了，如果想要N表示其它的值，那只能对宏定义进行更改，但对于模板中的非类型参数 ，我们可以直接传不同的值给它就行。这样就很方便了。
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
//如下代码的前提是已经实现了Date类的相关必要函数。
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
return left < right;
}
int main()
{
cout << Less(10, 20) << endl; // 可以比较，结果正确
Date d1(2020, 8, 1);
Date d2(2020, 8, 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
//因为上一行代码里的Less函数体内是进行了指针的比较，而指针的本质就是16进制的数，并不是我们想要的日期的比较。
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(10, 20) << endl;
Date d1(2020, 8, 1);
Date d2(2020, 8, 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。
//那比较的结果就是正确的了。
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，按照函数匹配原则，会先匹配我们直接给出的函数。（这和 函数模板的匹配原则有关的知识有关）
bool Less(Date* left, Date* right)
{
return *left < *right;
}
上面这种实现简单明了，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。模板特化用得更多的是在类里面。
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" <<endl;}
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
//下面是类模板的全特化
template<>
class Data<int, char>
{
public:
Data() {cout<<"Data" <<endl;}
private:
int _d1;
char _d2;
};
void TestVector()
{
Data<int, int> d1;
Data<int, char> d2;
}
偏特化
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> //这里只留下未被特化的类型参数
class Data<T1, int>
{
public:
Data() {cout<<"Data" <<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。下面我们结合具体的例子来理解更进一步的条件限制是什么意思。
//两个参数偏特化为指针类型
template <typename T1, typename T2> //类模板参数依旧写在此处
class Data <T1*, T2*>
{
public:
Data() {cout<<"Data" <<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" <<endl;
}
private:
const T1 & _d1;
const T2 & _d2;
};
void test2 ()
{
//要注意模板特化的前提是已经有了基础的模板
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
}
注意：偏特化里的参数进一步限制并不是将类模板参数特华为具体的类型，而是在模板参数外再加了闲置，比如进一步限制为指针，但没有指定是哪一种类型的指针。
类模板特化的具体应用场景
//下面代码的前提是Date类已经实现了，而且已经实现了用于Date小于比较的成员函数（bool operator<(const Date& t) {...}）
#include通过观察上面程序的结果可以发现，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（就是比骄傲地址），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，再运行上述代码，就可以得到正确的结果（会选择特化之后的）
模板特化的核心就是遇到极个别的情况还可以在不改动基础模板的前提下得到正确的结果。