模板进阶：非类型模板参数，类模板特化，模板的编译分离

news2024/11/25 20:52:02

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。

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


int main()
{
    Array<int, 10>   a1;
    Array<int, 100>  a2;
    Array<int, 1000> a3;
    return 0;
}

非类型模板参数比较简单但是需要注意几个细节就是：

非类型模板参数是可以传缺省值的：

在C++20之前是浮点数是不能作为非类型模板参数的

切换到C++20版本即可编译。

类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的。

否则编译器将会报错：

注意：类型模板参数是一个常量如下：

但是你不调用它则不会报错，这是为什么呢？

这是因为类实例化的时候，并不会把每个成员函数都实例化，而是在调用的时候进行实例化。这就是按需实例化

所以他不会报错的原因是：按需实例化，没有使用就没有实例化。

看下面代码，我们可以通过Printvector将vector<int>中的值打印出来，可以vector<double>怎么办呢？则可以使用模板

注意：可是它会报错这是什么原因呢？

加个typename 关键字就行了这是为什么呢？

那是因为编译器需要去没有实例化的vector<T>里面去取东西（类模板没有实例化时，不去里面查看细节的东西）（编译器不知道取出来的东西是一个类型还是静态变量）所以语法里面就在前面加一个typename 等于是我们给编译器一个保证（保证取的东西是一个类型，在vector<T>被实例化以后再去找）

2.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，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。

2.1函数模板的特化

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

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

可是这种情况它会报错：

为什么呢：这是因为这里的const 修饰的不是left 和 right, const 在*之前修饰的是指向的内容

所以const 要加到* 之后。

正确的写法应该是这样：

这里不加const 也不行，不加的话与原模版匹配不上。

函数模板特化与函数重载同时存在的时候会优先调用现成的。如下：

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。

2.2类模板的特化

2.2.1.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。

如果需要对一个类进行特殊处理则可以走特化版本：

在以下场景类模板特化就非常有用：

由上图我们可以看到排出来的顺序是混乱的，那是因为他们比较的是地址，我们只需要给less特化一下。

和函数模板特化一样需要注意细节：

注：（优先级队列和日期类的模拟实现可以看我往期博客）

特化：针对某些特殊类型，进行特殊处理。

2.2.2.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：

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

//它表示只要第二个模板参数是int都走它。
template<class T1>
class Data<T1,int>
{
public:
    Data() { cout << "Data<T1, int>_偏特化" << endl; }
};

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<T1*, T2*>
{
public:
    Data() 
    {
        cout << "Data<T1*, T2*>_偏特化" << endl;     }
};

由下图可以观察到T1， T2 的类型：

3.模板的编译分离

3.1.什么是分离编译

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。

3.2.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：

//func.h
#include<iostream>

using namespace std;

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right);

void fun()；

//func.cpp

#include"func.h"

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

void fun()
{
	cout << "void fun()" << endl;
}


//test.cpp

int main()
{
	Add(1, 2);
	Add(1.0, 2.0);
	return 0;
}

但是编译会报错：