【C++干货铺】非类型模板 | 模板特化 | 模板分离编译

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目录

非类型模板参数

模板的特化

什么是模板特化？

函数模板特化

类模板的特化

全特化

偏特化

模板的分离编译

什么是分离编译？

模板的分离编译

模板总结

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非类型模板参数

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。 

template < class T ,size_t N >
class Array
{
private:
	T _a[N];
};
int main()
{
	Array a1;
	Array a2;
	return 0;
}

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。

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模板的特化

什么是模板特化？

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

template 
bool Less(T& left, T& right)
{
	return left < right;
}
int main()
{
	int a = 2;
	int b = 1;
	cout << Less(a,b) << endl;
	int* pa = &a, * pb = &b;
	cout << Less(pa, pb) << endl;
	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，pa指向的a显然大于pb指向的b，但是Less内部并并没有比较pa和pb指向的内容，而是比较pa和pb指针的地址，这就无法达到预期的而错误。

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。

//模板的特化
template 
bool Less(T left, T right)
{
	return left < right;
}
template<>
bool Less(int*left,int*right)
{
	return *left < *right;
}
int main()
{
	int a = 2;
	int b = 1;
	cout << Less(a,b) << endl;
	int* pa = &a, * pb = &b;
	cout << Less(pa, pb) << endl;
	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。 

template
bool Less(T* left, T* right)
{
	return *left < *right;
}

该种实现简单明了，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。

类模板的特化

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。

//类特化

template 
class Test
{
public:
	Test()
	{
		cout << "Test" << endl;
	}
private:
	T1 _a;
	T2 _b;
};
template <>
class Test
{
public:
	Test()
	{
		cout << "Test" << endl;
	}
private:
	int _a;
	char _b;
};
int main()
{
	Test t1;
	Test t2;
	return 0;
}

偏特化

偏特化：

任何针对模板参数进一步进行条件限制设计特化版本。

比如对于以下类模板：

//偏特化
template 
class Test
{
public:
	Test()
	{
		cout << "Test" << endl;
	}
private:
	T1 _a;
	T2 _b;
};

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。 

template 
class Test
{
public:
	Test()
	{
		cout << "Test" << endl;
	}
private:
	T _a;
	int _b;
};

• 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。 

//全限制
template
class Test< T1*,  T2*>
{
public:
	Test()
	{
		cout << "Test" << endl;
	}
};

模板的分离编译

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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

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：

//Add.h
template
T Add(const T& left, const T& right);
//Add.cpp
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;
}

 分析：

解决办法：

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。

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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 

缺点：

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

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