C++模板的特化与偏特化

Posted 2020-08-01

C++模板的特化与偏特化

最近在看STL的过程中，发现自己对于模板这里的知识有所生疏，因此今日将这部分内容再做整理，以备后忘。

关于C++模板的概念这里不再赘述，默认读者已经具备基础知识。

模板的特化

先看一段代码：

#include <iostream>
using namespace std;
 
template <class T>
class TClass
{
public:
     bool Equal(const T& arg, const T& arg1);
};
 
template <class T>
bool TClass<T>::Equal(const T& arg, const T& arg1)
{
     return (arg == arg1);
}
 
int main()
{
     TClass<int> obj;
     cout<<obj.Equal(2, 2)<<endl;
     cout<<obj.Equal(2, 4)<<endl;
}

类里面就包括一个Equal方法，用来比较两个参数是否相等；上面的代码运行没有任何问题；但是，如果你传入一个float和一个double类型的参数，那么得到的结果有可能不是你想要的。所以，对于float或者double类型，我们需要进行特殊处理，处理如下：

#include <iostream>
using namespace std;
 
template <class T>
class Compare
{
public:
     bool IsEqual(const T& arg, const T& arg1);
};
 
// 已经不具有template的意思了，已经明确为float了
template <>
class Compare<float>
{
public:
     bool IsEqual(const float& arg, const float& arg1);
};
 
// 已经不具有template的意思了，已经明确为double了
template <>
class Compare<double>
{
public:
     bool IsEqual(const double& arg, const double& arg1);
};
 
template <class T>
bool Compare<T>::IsEqual(const T& arg, const T& arg1)
{
     cout<<"Call Compare<T>::IsEqual"<<endl;
     return (arg == arg1);
}
 
bool Compare<float>::IsEqual(const float& arg, const float& arg1)
{
     cout<<"Call Compare<float>::IsEqual"<<endl;
     return (abs(arg - arg1) < 10e-3);
}
 
bool Compare<double>::IsEqual(const double& arg, const double& arg1)
{
     cout<<"Call Compare<double>::IsEqual"<<endl;
     return (abs(arg - arg1) < 10e-6);
}
 
int main()
{
     Compare<int> obj;
     Compare<float> obj1;
     Compare<double> obj2;
     cout<<obj.IsEqual(2, 2)<<endl;
     cout<<obj1.IsEqual(2.003, 2.002)<<endl;
     cout<<obj2.IsEqual(3.000002, 3.0000021)<<endl;
}

这样就实现了模板的特化，对于float和double的特化版本，甚至可以做一些与非特化的不一样的事情，这也是模板特化的初衷，使得特化的模板具有与非特化模板一同的行为。

模板偏特化

上面对模板的特化进行了总结。那模板的偏特化呢？所谓的偏特化是指提供另一份template定义式，而其本身仍为templatized；也就是说，针对template参数更进一步的条件限制所设计出来的一个特化版本。这种偏特化的应用在STL中是随处可见的。比如：

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;
};



template <class T>
struct iterator_traits<T*> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef T                          value_type;
  typedef ptrdiff_t                  difference_type;
  typedef T*                         pointer;
  typedef T&                         reference;
};

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

模板的偏特化与模板特化的区别在于，模板特化以后，实际上其本身已经不是templatized，而偏特化，仍然带有templatized。我们来看一个实际的例子：

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 一般化设计
template <class T1, class T2>
class TestClass
{
public:
	TestClass()
	{
		cout << "T1, T2" << endl;
	}
};

// 针对普通指针的偏特化设计
template <class T1, class T2>
class TestClass<T1*, T2*>
{
public:
	TestClass()
	{
		cout << "T1*, T2*" << endl;
	}
};

// 针对const指针的偏特化设计
template <class T1, class T2>
class TestClass<const T1*, T2*>
{
public:
	TestClass()
	{
		cout << "const T1*, T2*" << endl;
	}
};


int main()
{
    TestClass<int, char> obj;				//T1,T2
    TestClass<int *, char *> obj1;			//T1*,T2*
    TestClass<const int *, char *> obj2;	//const T1*,T2*
 
    return 0;
}

上面的代码就实现了模板的偏特化

特化与偏特化的调用顺序

对于模板、模板的特化和模板的偏特化都存在的情况下，编译器在编译阶段进行匹配时，是如何抉择的呢？从哲学的角度来说，应该先照顾最特殊的，然后才是次特殊的，最后才是最普通的。编译器进行抉择也是尊从的这个道理。从上面的例子中，我们也可以看的出来，这就就不再举例说明。

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