C++之模板进阶
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
- 模板分离编译
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- 什么是分离编译
- 模板的分离编译
- 解决方法
- 模板总结
非类型模板参数
模板参数分两种：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。
#include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。
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。
namespace gtt
{
struct Date
{
Date(int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& d) const
{
if ((_year < d._year)
|| (_year == d._year && _month < d._month)
|| (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day))
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
template<class T>
bool less(T left, T right)
{
return left < right;
}
}
void test1()
{
cout << gtt::less(1, 2) << endl;//结果正确
gtt::Date d1(2023, 8, 18);
gtt::Date d2(2023, 8, 19);
cout << gtt::less(d1, d2) << endl;//结果正确
gtt::Date* p1 = &d1;
gtt::Date* p2 = &d2;
cout << gtt::less(p1, p2) << endl;//结果不正确
}
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：
- 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<class T>
bool less(T left, T right)
{
return left < right;
}
template<>
bool less<Date*>(Date* left, Date* right)
{
return *left < *right;
}
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。
template<class T>
bool less(T left, T right)
{
return left < right;
}
template<>
bool less(Date* left, Date* right)
{
return *left < *right;
}
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：
namespace gtt
{
template<class T1, class T2>
class Date
{
public:
Date()
{
cout << "Date" << endl;
}
};
template<>
class Date<int, char>
{
public:
Date()
{
cout << "Date" << endl;
}
};
}
void test()
{
gtt::Date<int, int> d1;//Date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。
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。
//将第二个参数特华为int
template<class T1>
class Date<T1, int>
{
public:
Date()
{
cout << "Date" << endl;
}
};
- 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 Date<T1*, T2*>
{
public:
Date()
{
cout << "Date" << endl;
}
};
template<class T1, class T2>
class Date<T1&, T2&>
{
public:
Date()
{
cout << "Date" << endl;
}
};
template<class T1, class T2>
class Date<T1&, T2*>
{
public:
Date()
{
cout << "Date" << endl;
}
};
void test()
{
gtt::Date<int, int> d1;//Date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
我们将模板的声明与定义分离，在头文件中定义声明，源文件中进行定义：
此时我们运行程序，会发现程序会报链接错误，那么为什么呢？
我们都知道，程序要运行起来一般要经历以下四个步骤：
- 预处理： 头文件展开、去注释、宏替换、条件编译等。
- 编译： 检查代码的规范性、是否有语法错误等，确定代码实际要做的工作，在检查无误后，将代码翻译成汇编语言。
- 汇编： 把编译阶段生成的文件转成目标文件。
- 链接： 将生成的各个目标文件进行链接，生成可执行文件。
预处理阶段以后。头文件就被展开，此时就生成了Add.i和main.i文件：
但是我们会发现，此时main.i文件中并没有Add函数的定义，只存在Add函数的声明，此时就进入编译阶段，顺利的将main.i和Add.i文件转化为main.s和Add.s文件，然后进入汇编阶段，就会生成main.o和Add.o文件，在此之前都不会报错。
进入链接阶段以后：
所以模板分离编译失败的原因：
在函数模板定义的地方（Add.cpp）没有进行实例化，而在需要实例化函数的地方（main.cpp）没有模板函数的定义，无法进行实例化。
解决方法
- 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。
模板总结
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。
缺陷：
- 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。