模板专业化 VS 函数重载

Posted 2023-03-31

【中文标题】模板专业化 VS 函数重载

【英文标题】：Template Specialization VS Function Overloading

【发布时间】：2011-10-29 19:09:36

【问题描述】：

一本教科书我注意到您可以通过模板特化或函数重载为标准库函数（如swap(x,y)）提供自己的实现。这对于任何可以从赋值交换以外的东西中受益的类型都很有用，例如 STL 容器（我知道，它们已经编写了交换）。

我的问题如下：

更好的是：模板专业化，让您的专业化 交换实现，或函数重载提供确切的 您希望在没有模板的情况下使用参数？

为什么更好？或者如果他们是平等的，为什么会这样？

【参考方案1】：

简短的故事：尽可能重载，在需要时专攻。

长话短说：C++ 对待特化和重载的方式非常不同。这最好用一个例子来解释。

template <typename T> void foo(T);
template <typename T> void foo(T*); // overload of foo(T)
template <>           void foo<int>(int*); // specialisation of foo(T*)

foo(new int); // calls foo<int>(int*);

现在让我们交换最后两个。

template <typename T> void foo(T);
template <>           void foo<int*>(int*); // specialisation of foo(T)
template <typename T> void foo(T*); // overload of foo(T)

foo(new int); // calls foo(T*) !!!

编译器在查看特化之前就进行了重载解析。因此，在这两种情况下，重载决议都选择foo(T*)。但是，只有在第一种情况下，它才能找到 foo<int*>(int*)，因为在第二种情况下，int* 特化是 foo(T) 的特化，而不是 foo(T*)。

---

你提到了std::swap。这让事情变得更加复杂。

标准规定您可以向std 命名空间添加特化。太好了，所以你有一些 Foo 类型并且它有一个高性能交换，然后你只需在 std 命名空间中专门化 swap(Foo&, Foo&)。没问题。

但是如果Foo 是一个模板类呢？ C++ 没有函数的部分特化，所以你不能特化swap。您唯一的选择是重载，但标准规定您不得将重载添加到 std 命名空间中！

此时您有两个选择：

在您自己的命名空间中创建一个swap(Foo<T>&, Foo<T>&) 函数，并希望通过ADL 找到它。我说“希望”是因为如果标准库调用像 std::swap(a, b); 这样的交换，那么 ADL 根本不起作用。

忽略标准中说不要添加重载的部分，无论如何都要这样做。老实说，即使在技术上不允许这样做，但在所有现实场景中它都会起作用。

但要记住的一点是，标准库完全不能保证使用swap。大多数算法使用std::iter_swap，在我看过的一些实现中，它并不总是转发到std::swap。

【讨论】：

“我说希望是因为” ... 这一点在几年前的 WG21 中就已经提到过。所有标准库的实现者都知道不这样做。

简单明了的解释：两种情况下编译器都会首先找到重载 F(T*) 的最佳匹配。但在案例 1 中，它可以找到 F(T*) - foo(int*) 的特化，所以它选择了它。在情况 2 中，没有 F(T*) 的特化，所以它选择 F(T*)。请注意，在案例 2 中，唯一的特化是 F(T)，而不是 F(T*)。

为什么有这么多赞成票？我在 gcc 4.8 和 LLVM 5.0 中进行了测试，第一个示例选择了 foo(T*)。

“我说“希望”是因为如果标准库像 std::swap(a, b); 那样调用交换，那么 ADL 根本就无法工作。” 标准保证库不会那样做, 所以它很简单，所以选项 (1) 总是比 (2) 好。

“现在让我们交换最后两个”。最后两行不一样。一种是“void foo(int*);”另一个是“void foo(int*);”

【参考方案2】：

Peter Alexander 的回答没有什么可补充的。让我只提一下函数专业化中的一种使用可能比重载更可取：如果您必须在没有参数的函数中进行选择。

例如

template<class T> T zero();
template<> int zero()  return 0; 
template<> long zero()  return 0L; 

要使用函数重载做类似的事情，你必须在函数签名中添加一个参数：

int zero(int)  return 0; 
long zero(long)  return 0L; 

【讨论】：

您可以使用template <typename> struct Tag; 作为虚拟参数进行标签调度。处理无法构造或作为参数轻松传递的类型：foo(tag<void>)、foo(tag<int[42]>)。

【参考方案3】：

你不能重载 std 命名空间中的函数，但你可以专门化模板（我记得），所以这是一种选择。

另一种选择是在调用非限定交换之前将 swap 函数与它正在操作的事物和 using std::swap; 放在同一命名空间中。

【讨论】：

比起using namespace std;，我更喜欢using std::swap;。

您可以特化一些模板："只有当声明依赖于用户定义的类型并且特化符合标准时，程序才能将任何标准库模板的模板特化添加到命名空间 std原始模板的库要求，并未明确禁止。” [n3337; 17.6.4.2.1/1] 所以你可以将std::swap 专门用于不在std 中的类型。

为什么不能重载标准函数？是坏习惯，但 std 命名空间并不特别。我不喜欢它，但是许多产品在 std 命名空间中为其类型添加了 std swap。