【C++】模板进阶
目录
一、非类型模板参数
二、模板的特化
1、概念
2、函数模板特化
3、类模板特化
3.1、全特化
3.2、偏特化
三、模板分离编译
四、模板总结
1、优点
2、缺点
一、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：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。
比如下面的代码：
假设 a1 需要 20 个类型大小的空间， a2 需要 50 个类型大小的空间。这种写法就很难满足我们的要求，为此，我们需要设计非类型模板参数：
非类型模板参数必须是整型，且是常量，无法被修改。
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。
- 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。
二、模板的特化
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。模板特化中分为函数模板特化与类模板特化。
比如下面的代码：
template
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;
} 以日期类为例，运行观察结果：
可以看到，Less绝大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。
2、函数模板特化
函数模板的特化步骤：
- 必须要先有一个基础的函数模板
- 关键字template后面接一对空的尖括号<>
- 函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型
- 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* left, Date* right)
{
return *left < *right;
} 运行观察结果：
结果已经符合我们的预期了。这里模板的特化意为如果参数为指针的话，就按照特化的代码来执行。不是指针就按照原来的代码执行。
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;
}所以函数模板特化意义并不大，特化真正的意义在于类模板的特化。
3、类模板特化
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。
3.2、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 Data
{
public:
Data() {cout<<"Data" < 偏特化有以下两种表现方式：
1、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 Data
{
public:
Data() {cout<<"Data" < 2、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。
//两个参数偏特化为指针类型
template
class Data
{
public:
Data() { cout << "Data" << endl; }
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
//两个参数偏特化为引用类型
template
class Data
{
public:
Data(const T1& d1, const T2& d2)
: _d1(d1)
, _d2(d2)
{
cout << "Data" << endl;
}
private:
const T1& _d1;
const T2& _d2;
};
void test2()
{
Data d1; // 调用特化的int版本
Data d2; // 调用基础的模板
Data d3; // 调用特化的指针版本
Data d4(1, 2); // 调用特化的指针版本
} 观察结果：
三、模板分离编译
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。
我们来看以下代码：
// a.h
template
T Add(const T& left, const T& right);
// a.cpp
#include "a.h"
template
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;
} 运行观察结果：
发现程序报了链接错误，具体原因如下：
为了避免这种错误应该：
- 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。
- 模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，不推荐使用。
四、模板总结
1、优点
- 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
- 增强了代码的灵活性
2、缺点
- 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
- 出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误
关于模板进阶的内容就讲到这里，希望同学们多多支持，如果有不对的地方欢迎大佬指正，谢谢！