C++模板进阶

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C++list类

C++stack和queue

C++双端队列

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前言

模板是C++中泛型编程的基础。一个模板就是一个创建类或函数的蓝图。

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一、非类型模板参数

模板参数分为类型模板参数和非类型模板参数。

类型模板参数：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。

非类型模板参数：用一个常量表达式作为类(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。

template<class T, size_t N = 10>
class Array
{
public:
	T& operator[](size_t pos)
	{
		return _array[pos];
	}
	const T& operator[](size_t pos) const
	{
		return _array[pos];
	}
	size_t size()
	{
		return _size;
	}
	bool empty()
	{
		return _size == 0;
	}
private:
	T _array[N];
	size_t _size;
};

要注意：

1. 非类型模板参数的实参必须是常量表达式
2. 非类型模板参数必须在编译期间就能确认结果

二、模板的特化

模板的特化就是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。模板特化分为函数模板特化和类模板特化。

1.函数模板特化

函数模板特化步骤：

1. 首先要有一个基础的函数模板
2. 关键字template后跟一个空的<>
3. 函数名后跟一对<>，括号中指定需要特化的类型
4. 函数的参数列表必须要和模板参数的基础参数类型完全相同。

代码如下：

//函数模板
template<class T>
bool isSame(T &x, T &y)
{
	return x == y;
}
//函数模板特化
template<>
bool isSame<int>(int& x, int& y)
{
	return x == y;
}

另外一种方式，直接将特化函数写出来。
代码如下：

//函数模板
template<class T>
bool isSame(T &x, T &y)
{
	return x == y;
}
//函数模板特化
bool isSame(int& x, int& y)
{
	return x == y;
}

2.类模板的特化

类模板的特化分为全特化和偏特化两种：

全特化：将参数列表中所有参数都确定化

template<class T1, class T2>
class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date" << endl;
	}
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};
template<>
class Date<int, char>
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date()" << endl;
	}
private:
	int _d1;
	char _d2;
};

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

1.部分特化

//将第二个参数特化为char
template<class T1>
class Date<T1, char>
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date()" << endl;
	}
private:
	T1 _d1;
	char _d2;
};

2.参数特化

//将两个参数特化为指针类型
template<class T1, class T2>
class Date<T1*, T2*>
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date()" cout << endl;
	}
private:
	T1* _d1;
	T2* _d2;
};

三、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。

// 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;
}

以上就是一个分离编译的代码，如果没有模板的话，这三个文件就可以成功链接，形成可执行代码文件。但是模板的存在扰乱了链接的过程。使其不能成功链接。

通过汇编代码可以知道在调用函数时会通过call指令找到函数地址，因为在第三部汇编中已经形成了符号表，可以根据其找到函数地址进行调用。但是函数模板，在其声明和定义的地方并没有实例化（函数模板只有实例化之后才有地址）。

虽然main函数中实例化了，但是由于分离编译的原因，各个文件之间互不相干，而函数模板的声明和定义处并没有实例化，所以没有形成符号表。在链接的时候main函数调用要通过符号表去找，可真是为难编译器了。

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总结

模板的优势：
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

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