C++类模板的特化

 

// general version
template < class T >
class Compare
{
public :
    static   bool IsEqual( const T & lh, const T & rh)
    {
        return lh == rh;
    }
};

这是一个用于比较的类模板，里面可以有多种用于比较的函数， 以IsEqual为例。
 
一、特化为绝对类型
也就是说直接为某个特定类型做特化，这是我们最常见的一种特化方式， 如特化为float, double等

// specialize for float
template <>
class Compare < float >
{
public :
    static   bool IsEqual( const   float & lh, const   float & rh)
    {
        return abs(lh - rh) < 10e - 3 ;
    }
};

// specialize for double
template <>
class Compare < double >
{
public :
    static   bool IsEqual( const   double & lh, const   double & rh)
    {
        return abs(lh - rh) < 10e - 6 ;
    }
};

 
二、特化为引用，指针类型
这种特化我最初是在stl源码的的iterator_traits特化中发现的， 如下：

template < class _Iterator >
struct iterator_traits {
  typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category;
  typedef typename _Iterator::value_type        value_type;
  typedef typename _Iterator::difference_type   difference_type;
  typedef typename _Iterator::pointer           pointer;
  typedef typename _Iterator::reference         reference;
};

// specialize for _Tp*
template < class _Tp >
struct iterator_traits < _Tp *> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef _Tp                         value_type;
  typedef ptrdiff_t                   difference_type;
  typedef _Tp *                         pointer;
  typedef _Tp &                         reference;
};

// specialize for const _Tp*
template < class _Tp >
struct iterator_traits < const _Tp *> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef _Tp                         value_type;
  typedef ptrdiff_t                   difference_type;
  typedef const _Tp *                   pointer;
  typedef const _Tp &                   reference;
};

 

当然，除了T*, 我们也可以将T特化为 const T*, T&, const T&等，以下还是以T*为例：

// specialize for T*
template < class T >
class Compare < T *>
{
public :
    static   bool IsEqual( const T * lh, const T * rh)
    {
        return Compare < T > ::IsEqual( * lh, * rh);
    }
};

这种特化其实是就不是一种绝对的特化， 它只是对类型做了某些限定，但仍然保留了其一定的模板性，这种特化给我们提供了极大的方便， 如这里， 我们就不需要对int*, float*, double*等等类型分别做特化了。

三、特化为另外一个类模板

这其实是第二种方式的扩展，其实也是对类型做了某种限定，而不是绝对化为某个具体类型，如下：

// specialize for vector<T>
template < class T >
class Compare < vector < T >   >
{
public :
    static   bool IsEqual( const vector < T >& lh, const vector < T >& rh)
    {
        if (lh.size() != rh.size()) return   false ;
        else
        {
            for ( int i =   0 ; i < lh.size(); ++ i)
            {
                if (lh[i] != rh[i]) return   false ;
            }
        }
        return   true ;
    }
};

这就把IsEqual的参数限定为一种vector类型， 但具体是vector<int>还是vector<float>， 我们可以不关心， 因为对于这两种类型，我们的处理方式是一样的，我们可以把这种方式称为“半特化”。

当然， 我们可以将其“半特化”为任何我们自定义的模板类类型：

// specialize for any template class type
template < class T1 >  
struct SpecializedType
{
    T1 x1;
    T1 x2;
};
template < class T >
class Compare < SpecializedType < T >   >
{
public :
    static   bool IsEqual( const SpecializedType < T >& lh, const SpecializedType < T >& rh)
    {
        return Compare < T > ::IsEqual(lh.x1 + lh.x2, rh.x1 + rh.x2);
    }
};

这就是三种类型的模板特化， 我们可以这么使用这个Compare类：

   // int
    int i1 =   10 ;
    int i2 =   10 ;
    bool r1 = Compare < int > ::IsEqual(i1, i2);

    // float
    float f1 =   10 ;
    float f2 =   10 ;
    bool r2 = Compare < float > ::IsEqual(f1, f2);

    // double
    double d1 =   10 ;
    double d2 =   10 ;
    bool r3 = Compare < double > ::IsEqual(d1, d2);

    // pointer
    int * p1 =   & i1;
    int * p2 =   & i2;
    bool r4 = Compare < int *> ::IsEqual(p1, p2);

    // vector<T>
    vector < int > v1;
    v1.push_back( 1 );
    v1.push_back( 2 );

    vector < int > v2;
    v2.push_back( 1 );
    v2.push_back( 2 );
    bool r5 = Compare < vector < int >   > ::IsEqual(v1, v2);

    // custom template class
    SpecializedType < float > s1 = { 10.1f , 10.2f };
    SpecializedType < float > s2 = { 10.3f , 10.0f };
    bool r6 = Compare < SpecializedType < float >   > ::IsEqual(s1, s2);

模板有两种特化，全特化和偏特化（局部特化）
模板函数只能全特化，没有偏特化（以后可能有）。
模板类是可以全特化和偏特化的。

全特化，就是模板中模板参数全被指定为确定的类型。
全特化也就是定义了一个全新的类型，全特化的类中的函数可以与模板类不一样。

偏特化，就是模板中的模板参数没有被全部确定，需要编译器在编译时进行确定。

在类型上加上const、&、*（ cosnt int、int&、int*、等等）并没有产生新的类型。只是类型被修饰了。模板在编译时，可以得到这些修饰信息。

 

模板的特化是非常有用的。它像一个在编译期的条件判断。当编译器在编译时找到了符合的特化实现，就会使用这个特化实现。这就叫编译器多态（或者叫静态多态）。这种东西对编写基础库是很有用的。这也就是为何c++的基础库大量使用了模板技术，而且大量使用了特化，特别是偏特化。

在泛型中，利用特化类得到类新的特性，以便找到最适合这种特性的实现。而这一切都是在编译时完成。