c++模板详解

Posted 2020-12-21 ustc-zcc

写在前面：函数模板是通用的函数描述，也就是说，它们使用泛型来定义函数，其中的泛型可用具体的类型(如int或double)替换。通过将类型作为参数传递给模板，可使编译器生成该类型的函数。由于模板允许以泛型(而不是具体类型)的方式编写程序，因此有时也被称为通用编程。由于类型是用参数表示的，因此模板特性有时也被称为参数化类型(parameterized types)。

创建模板，关键字template和typename是必需的，除非可以使用关键字class代替typename。另外，必须使用尖括号。如下程序所示：

template <typename T>
void swap(T &a, T &b)
{
    T temp;
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;      
}

注意：模板并非函数定义，但使用了int的模板实例是函数定义。

（1）隐式实例化：

最初，编译器只能通过隐式实例化，来使用模板生成函数定义，这也是我们最常用的方法；如可以像下面这样使用上面定义的函数模板：

short a, b;
swap(a, b); // T 为 short 类型
int c, d;
swap(c, d); // T 为 int 类型

使用上面的例子程序，我们可以交换两个同类型(int,double……)的值，当如果T为数组、指针或者结构，那么编写的模板函数就无法处理这些类型了，一种方案是重载C++运算符；另一种方案是，为特定类型提供具体化的模板定义，下面就介绍集几种方案。

（2）显式实例化：

现在C++还允许显式实例化(explicit instrantiation)。这意味着可以直接命令编译器创建特定的实例，如swap<int>()。其语法是，声明所需的种类——用<>符号指示类型，并在声明前加上关键字template:

#include <iostream>
using namespace std;

namespace zcc {  //命名空间
    template <typename T>  //模板(不是函数定义)
    void swap(T& a, T& b)
    {
        T temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }

    template void swap<int>(int& a, int& b);  //显式实例化

}

int main()
{
    int a = 3;
    int b = 4;
    zcc::swap(a, b);
    cout << a << endl;
    return 0;
}

实现了这种特性的编译器看到上述声明后，将使用swap()模板生成一个使用int类型的实例。也就是说，该声明的意思是"使用swap()模板生成int类型的函数定义。"

（3）显式具体化：

 与显式实例化不同的是，显式具体化使用下面两个等价的声明之一：

template <> void swap<int> (int &, int &);     //explicit specialization
template <> void swap (int &, int &);     //explicit specialization

具体的实例如下：

#include <iostream>
using namespace std;

namespace zcc {  //命名空间
    template <typename T>  //模板(不是函数定义)
    void swap(T& a, T& b)
    {
        T temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }
    template <> void swap<int>(int& a, int& b) //隐式实例化
    {
        int temp;
        temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }

}

int main()
{
    int a = 3;
    int b = 4;
    zcc::swap(a, b);
    cout << a << endl;
    return 0;
}

显式实例化和显式具体化区别在于：这些声明的意思是“不要使用swap()模板来生成函数定义，而应使用专门为int类型显式地定义的函数定义。”这些原型必须有自己的函数定义。显式具体化声明在关键字template后包含<>，而显式实例化没有。

 警告：试图在同一个文件中(或转换单元)中使用同一种类型的显式实例化和显式具体化 将出错。

 隐式实例化、显式实例化和显式具体化统称为具体化(specialization)。它们的相同之处在于，它们表示的都是使用具体类型的函数定义，而不是通用描述。

（4）部分具体化：

C++还允许部分具体化(partial speciazation)，即部分限制模板的通用性。例如，部分具体化可以给类型参数之一指定具体的类型：

// general template
template <typename T1, typename T2> class Pair { …… };
// specialization with T2 set to int
template <typename T1> class Pair<T2, int> { …… }; 

关键字template后面的<>声明的是没有被具体化的类型参数。因此，上述第二个声明将T2具体化为int，但T1保持不变。注意，如果指定所有的类型，则<>内将为空，这将导致显式具体化：

// specialization with T1 and T2 set to int
template <> class Pair<int, int> { …… }; 

注意：如果有多个模板可供选择，编译器将使用具体化程度最高的模板。

 

参考：https://www.cnblogs.com/yyxt/p/4256022.html