模板的进阶

目录

1. 非类型模板参数

2. 模板的特化

2.1 概念

2.2 函数模板特化

2.3 类模板特化

2.3.1 全特化

2.3.2 偏特化

2.3.3 类模板特化应用示例

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。

namespace myh { // 定义一个模板类型的静态数组 template<class T, size_t N = 10> 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; }； }

注意点

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。

2. 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

// 函数模板 -- 参数匹配 template<class T> 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

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。

// 函数模板 -- 参数匹配 template<class T> bool Less(T left, T right) { return left < right; } // 对Less函数模板进行特化 template<> bool Less<Date*>(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; // 调用特化之后的版本，而不走模板生成了 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。

bool Less(Date* left, Date* 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。

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 T1, class T2> class Data { public: Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;} private: T1 _d1; T2 _d2; }; template<> class Data<int, char> { public: Data() {cout<<"Data<int, char>" <<endl;} private: int _d1; char _d2; }; void TestVector() { Data<int, int> d1; Data<int, char> 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 T1, class T2> class Data { public: Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;} private: T1 _d1; T2 _d2; };

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

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。

//两个参数偏特化为指针类型 template <typename T1, typename T2> class Data <T1*, T2*> { public: Data() {cout<<"Data<T1*, T2*>" <<endl;} private: T1 _d1; T2 _d2; }; //两个参数偏特化为引用类型 template <typename T1, typename T2> class Data <T1&, T2&> { public: Data(const T1& d1, const T2& d2) : _d1(d1) , _d2(d2) { cout<<"Data<T1&, T2&>" <<endl; } private: const T1 & _d1; const T2 & _d2; }; void test2 () { Data<double , int> d1; // 调用特化的int版本 Data<int , double> d2; // 调用基础的模板 Data<int *, int*> d3; // 调用特化的指针版本 Data<int&, int&> d4(1, 2); // 调用特化的指针版本 }

2.3.3 类模板特化应用示例

有如下专门用来按照小于比较的类模板Less：

#include<vector> #include <algorithm> template<class T> struct Less { bool operator()(const T& x, const T& y) const { return x < y; } }; int main() { Date d1(2022, 7, 7); Date d2(2022, 7, 6); Date d3(2022, 7, 8); vector<Date> v1; v1.push_back(d1); v1.push_back(d2); v1.push_back(d3); // 可以直接排序，结果是日期升序 sort(v1.begin(), v1.end(), Less<Date>()); vector<Date*> v2; v2.push_back(&d1); v2.push_back(&d2); v2.push_back(&d3); // 可以直接排序，结果错误日期还不是升序，而v2中放的地址是升序 // 此处需要在排序过程中，让sort比较v2中存放地址指向的日期对象 // 但是走Less模板，sort在排序时实际比较的是v2中指针的地址，因此无法达到预期 sort(v2.begin(), v2.end(), Less<Date*>()); return 0; }

通过观察上述程序的结果发现，对于日期对象可以直接排序，并且结果是正确的。但是如果待排序元素是指针，结果就不一定正确。因为：sort最终按照Less模板中方式比较，所以只会比较指针，而不是比较指针指向空间中内容，此时可以使用类版本特化来处理上述问题：

// 对Less类模板按照指针方式特化 template<> struct Less<Date*> { bool operator()(Date* x, Date* y) const { return *x < *y; } };

3.为什么模板不能分离编译

我们写了两个函数，一个是类模板的函数Add，一个是普通函数func，声明写在Stack.h中，定义写在Stack.cpp中，调用写在test.cpp中。

（ Stack.cpp与test.cpp都要包含Stack.h这个头文件）

在我们调用函数的时候如果前面有定义，那么我们可以直接call函数的地址，找到这个函数，但是我们前面包的头文件里面只有一个声明，这个时候编译器也会让你先过。

这个过程就像你要买车，有定义的情况下，说明你有钱可以直接买，有声明的情况下，说明你的朋友声明了可以借你十万让你买。

类模板也简单举例

原因

文件会经过如上编译链接形成可执行文件。

这个时候我们可以找到func的地址

但是我们找不到Add的地址，因为在Stack.cpp中，Add函数没有实例化，因此我们找不到它的地址

这就像一种沟通不畅，Stack.cpp中有Add的定义，但是不知道实例化成什么，test.cpp中知道实例化成什么，但是没有定义

对此我们有以下几种解决方案

解决方案

1.显式实例化

但是这种方法非常的局限 ，只能解决对应的一类数据，如下，我们把int类型的数据改成double类型的，就又出现了问题

对于类模板我们可以更加暴力一些，不用一个函数一个函数去显式实例化，而是直接把整个类给实例化了

2.合并.c与.cpp文件

上面说到，找不到地址是因为一方没有定义，一方不知道实例化成什么，继续使用上面的例子，那么我们只需要把Stack.h与Stack.cpp合并即可，即声明和定义可以分开写，但是要在同一文件下，这个文件我们一般命名为.hpp，让test.cpp包含这个头文件。或者直接不写声明了。出现.hpp的文件，绝大数多数都会出现模板。