C++模板进阶
C++模板进阶
- 1. 非类型模板参数
- 2. 类模板的特化
-
- 2.1 概念
- 2.2函数模板特化
- 2.3类模板特化
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- 2.3.1全特化
- 2.3.2偏特化
- 2.4 注意事项
- 3. 模板的分离编译
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- 3.1 什么是分离编译
- 3.2 模板的分离编译
- 3.3解决方案
- 4. 模板总结
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1. 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。
- 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，只允许整形类型作为非类型模板参数。
- 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include
using namespace std;
template
class text
{
public:
T& operator[](size_t x)
{
return arr[x];
}
T& operator=(const T& x)
{
return x;
}
private:
T arr[N];
};
int main()
{
text t;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
t[i] = i;
cout << t[i] << ' ';
}
cout << endl;
cout << sizeof(t) << endl;
return 0;
}
在STL中有一个容器就是用到了这个非类型模板参数
template
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;
};
2. 类模板的特化
2.1 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，比如：实现了一个专门用来进行小于比较的函数模板。
那我们之前写的一个日期类Date来讲。
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;
}
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。
2.2函数模板特化
template
void func(T1 x1, T2 x2)
{
cout << "func(T1 x1, T2 x2)" << endl;
}
//特化的语法，写上template<>说明是特化
template<>
void func(int x1, char x2)//类型显示表示特化的类型
{
cout << "func(int x1, char x2)" << endl;
}
int main()
{
func(1, 2);
func(3, 'a');
return 0;
}
所以我们上一个Date日期类就可以用特化俩解决：
template
bool Less(T left, T right)
{
return left < right;
}
template<>
bool Less(Date* left, Date* right)
{
return *left < *right;
}
int main()
{
cout << Less(1, 2) << endl;
Date d1(2022, 7, 7);
Date d2(2022, 7, 8);
cout << Less(d1, d2) << endl;
Date* p1 = &d1;
Date* p2 = &d2;
cout << Less(p1, p2) << 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。也就是说如果是函数模板需要特化，一般都会直接使用函数类型的匹配原则，直接将要特化的函数直接再写一遍，而不是用模板特化来实现。
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。
2.3类模板特化
2.3.1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。
template
class Data
{
public:
Data() { cout << "Data" << endl; }
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
template<>
class Data
{
public:
Data() { cout << "Data" << endl; }
private:
int _d1;
char _d2;
};
int main()
{
Data d1;
Data d2;
}
2.3.2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。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：
- 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char
template
class Data
{
public:
Data() {cout<<"Data" < - 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。
就是对一类类型进行特化，比如说对所有指针类型进行特化，或者对多有引用类型进行特化。
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;
};
2.4 注意事项
特化一定是在原模板的基础上进行的，所以除了类型之外，应该都是相同的。所以一下的代码就可能是很多的小伙伴们可能写出的代码，但是这样子写是会报错的。
namespace qfw
{
//原模板
template
class less
{
public:
bool operator()(const T& left, const T& right)
{
return left < right;
}
};
//偏特化模板
template
class less
{
public:
bool operator()(const T*& left, const T*& right)//仿照原模板写加上了const 和 &
{
return *left < *right;
}
};
}
int main()
{
//调用了less类
int a = 1;
int b = 2;
qfw:: less l;
cout << l.operator()(&a, &b) << endl;
return 0;
}
报错：
我们分析以上上面的代码，在此之前我们先回顾一下C语言中const修饰的变量。
cosnt int* a; ——> const在 * 之前修饰的 * a也就是指针指向的内容
int* const a; ——> const在 * 之后修饰的a也就是指针
- 第一个改进就是在&前面加上const
//偏特化模板
template
class less
{
public:
bool operator()(const T* const & left, const T* const & right)//仿照原模板写加上了const 和 &
{
return *left < *right;
}
};
}
- 第二个就是不要写引用，因为引用的作用之一就是减少拷贝，而这里本来就是指针，指针的大小固定式4/8个字节，根本就用不到多少空间，所以可以只要有指针的地方其实都可以不要加上&，前提式在如果你返回的内容不需要修改。因情况判断。
3. 模板的分离编译
3.1 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。
3.2 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：
// 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;
}
编译器在编译a.cpp的时候由于函数的定义使用的是模板，T的类型是不确定的，因此当编译器在编译a.cpp的时候没有看到Add函数的实例化，所以在编译器底层就不会生成对应的call指令，从而在链接的时候调用Add函数时候中不到call指令从而报错。
3.3解决方案
- 在定义显示实例化模板类型
在a.cpp中加上实例化模板类型
// a.cpp
#include"a.h"
template
int Add(const int& left, const int& right);
template
double Add(const double& left, const double& right);
template
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
但是这种方案显得非常的挫，如果还要其他类型的，还得在显示实例化一个对应类型的。所以这种方案并不推荐。
- 方案二
方案二就是在实际当中用到最常见的一种就是在定义模板的时候，不要声明和定义分离，直接讲声明和定义写在一个文件中。
4. 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