C++——模板进阶

Posted 小倪同学 -_-

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C++——模板进阶相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

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： 出现在模板参数列表中，跟在class或typename关键字之后的参数类型名称。
非类型形参： 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。

例：实现一个静态数组的类

template<class T,size_t N>
class array

public:
	size_t arraysize()
	
		return N;
	
private:
	T _array[N];//利用非类型模板参数指定静态数组的大小
;

使用非类型模板参数后，我们就可以在实例化对象的时候指定所要创建的静态数组的大小了。


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。

模板的特化

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，比如：

template<class T>
bool IsEqual(T left, T right) 

	return left == right;

int main()

	int a1 = 1;
	int a2 = 1;
	cout << IsEqual(a1, a2) << endl;
	char p1[] = "hello";
	char p2[] = "hello";
	cout << IsEqual(p1, p2) << endl;
	return 0;

运行结果如下：

比较整型a1和a2没有问题，为什么比较字符串p1和p2达不到预期效果呢？

其实这里比较的并不是字符串是否相等，而是地址。
应对模板进行如下特化

bool IsEqual(char* left, char* right)

	return strcmp(left, right) == 0;

这时运行就能达到预期效果

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。
template<class T>
bool IsEqual(T left, T right) 

	return left == right;

//对于char*类型的特化
template<>
bool IsEqual<char*>(char* left,char* right)

	return strcmp(left, right) == 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。

//基础的函数模板
template<class T>
bool IsEqual(T x, T y)

	return x == y;

//对于char*类型的特化
bool IsEqual(char* x, char* y)

	return strcmp(x, y) == 0;

类模板特化

不仅函数模板可以进行特化，类模板也可以针对特殊类型进行特殊化实现，并且类模板的特化又可分为全特化和偏特化（半特化）。

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。

函数模板的特化步骤：

  1. 首先必须要有一个基础的类模板。
  2. 关键字template后面接一对空的尖括号<>。
  3. 类名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型。
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;
;

偏特化

偏特化是指任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本

对于以下类模板：

template<class T1, class T2>
class Data

public:
	Data()  cout << "Data<T1, T2>" << endl; 
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
;

偏特化又可分为以下两种表现形式：

  1. 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;
;
  1. 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。
template<class T1, class T2>
class Data

public:
	Data()  cout << "Data<T1, T2>" << endl; 
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
;
// 将第个参数特化为int
template <class T1>
class Data<T1, int> 
public:
	Data()  cout << "Data<T1, int>" << endl; 
private:
	T1 _d1;
	int _d2;
;
//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;
;
int main()

	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
	return 0;

模板的分离编译

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，如下图

// a.h
template<class T> T Add(const T& left, const T& right);
// a.cpp
template<class T> 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;

运行时会报错，这是为什么呢？


总结：
在函数模板定义的地方（a.cpp）没有进行实例化，而在需要实例化函数的地方（main.cpp）没有模板函数的定义，无法进行实例化。

解决方法

  1. 将声明和定义放到一个文件 “xxx.cpp” 里面或者xxx.h
  2. 模板定义的位置显式实例化。

在a.cpp文件中添加显示实例化

// a.h
template<class T> T Add(const T& left, const T& right);
// a.cpp
template<class T> T Add(const T& left, const T& right) 

	return left + right;

//显示实例化
template
int Add(const int& x, const int& y);
template
double Add(const double& x, const double& y);
// main.cpp
#include"a.h"
int main()

	Add(1, 2);
	Add(1.0, 2.0);

	return 0;

虽然这种方法能够解决模板分离编译失败的问题，但是用到一个函数模板实例化的函数时就需要自己手动显示实例化一个函数，非常麻烦。所以推荐使用第一种方法。

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

以上是关于C++——模板进阶的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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C++模板进阶

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C++ 模板(进阶)

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