C++相关概念和易错语法（18）（array、模板）

news2024/9/9 5:59:59

1.array

（1）普通数组的劣势

当我们直接越界修改值时，一般会在编译时就被拦截

但是越界访问，只要访问距离不算特别大，那么也可以越界访问

当我们不直接越界修改或访问，间接去访问和修改能越界非常远

这里的i直到342才被拦截下来，这足以反映出普通的数组是有一定的风险的，在有的情况下会导致数据被篡改，下面以VS编译器为例，在VS中栈区变量由低地址向高地址存，所以向上越界修改会影响其它变量的值，如果这个值很重要，那么使用普通数组就很危险，我们需要一种更安全的方式，这就是array。

（2）array检查方式和普通数组的区别

array是用类封装静态数组，其中类最大的好处是可以重载operator[]，可以在重载函数里面添加断言检查等，每一次调用都会进行检查是否越界，如果越界会直接报错。

而普通数组是在数组界外设置了一些标志位，如果标志位被访问或者修改了就会报错，但整体上而言，我们能够进行不同程度上的越界访问和修改，依然有风险，就像上面展示的那样。

当我们使用array时，就能很好地避免这个问题。

但是arrary不如使用vector，因为在处理上和vector几乎没什么区别，但array是在栈区开辟，而vector是在堆区开辟空间，堆区的空间要远远大于栈区的空间。所以推荐使用vector，其相较于普通数组的优势和array的一模一样。

2.非类型模板参数

定义模板时要传模板参数，其中有类型模板参数，如class T参数接受的就是一个类型（如int、double），类型模板参数实施例化出函数或类的关键，也是模板的精髓所在。但除此之外，在模板参数处还可以定义非类型模板参数，如int a，char b接收的就是值而非类型。

利用非类型模板参数定义的是常量而不是变量，不能有任何修改操作

非类型模板参数在C++20前只能是整型家族的，如char、size_t、int等，而指针、double类型是不支持的

切换到C++20，就可以使用内置类型作为非类型模板参数了，包括内置类型的指针、double等

设置界面如下：

但是需要注意的是，C++20后仍不支持自定义类型作为非类型模板参数，像string这些都不支持

3.模板的按需实例化

模板有个特点是按需实例化，在我们没有调用这个模板类或模板函数时，它是不会实例化的。这意味着编译器只会检查最基本的语法错误，而不会去检查里面的细节

（1）普通函数和模板的检查严格程度的比较

我们来对比一下

对于普通函数，就算我们不去调用它，编译器在编译阶段是会比较深入的去检查的，这里由于"a"是常量字符串，不能修改，所以交给arr的指针不能*arr，因此要用const char*，所以报错了。这里同时也要注意1和3是有区别的，3是单独在栈区开了一块空间，所以不会报错，而1并没有开空间。

而对于模板来说，编译器的检查就很弱了。

在这里我们可以看到，char* arr = "a"本身就是个错误写法但没有报错。包括Fun()里面的N++也是经典的语法错误，但这些在编译阶段都不会被检查出来，只有在触发了很离谱的语法错误（忘写分号等）才会检查出来，而且这个时候的报错极为难看。

记住下面这种报错原因，等会有用

只有当实例化后我们才能检查到错误，就算类被实例化了，如果里面有模板函数，在被调用前这些模板函数也不会实例化，这就是按需实例化。

（2）typename声明

刚刚第二张模板类报错是因为arr b = "a"犯了严重的语法错误。即arr不是类型。看上去这个错误很荒谬，但是这引出了一个新的问题，如下图：

究竟是什么导致了错误，我们已经知道，模板类实例化之前检查语法很弱，但这里就有一个显然的语法错误，那就是Test<T>::iterator it中iterator究竟是静态成员变量还是一个类型呢？

这就跟我最开始提到的arr b = "a"出现了同样的问题，为了避免歧义，我们需要在最前面声明它是一个类型而非静态成员函数。

但是这里需要注意的是这是在模板的前提下才需要这么写，如果已经实例化出了Test<int>，这种语法就不会导致歧义，编译器能很轻松的判断这是一个类型

4.特化

（1）全特化

函数模板的特化和类模板的特化用法上都很好理解，实际就是针对一些很特殊的类型做特殊的处理，注意要写template<>，这其实是声明这是个模板，没有模板参数就不写，在函数名或类名后要写实例化的类型。

但这里需要特别注意的是全特化指针或引用时，要注意全特化的函数的传参要和模板函数的参数匹配

下面这种写法为什么有问题？

原因在于const T中const修饰的是ptr，即ptr不能修改，同理，ref也不能修改。而const int*的意思是*ptr而不是ptr本身，ref也是如此，所以const的位置要变，下面这种才是正确写法

在优先级上，如果已经定义了普通函数，就会最优先调用普通函数，其次找特化，如果实在没有，就会去实例化模板函数。一般来说特化用的不多，因为像刚才那样的坑很难理解，所以如果真要特殊处理，直接写普通函数是最好的选择。

（2）偏特化（只能针对类）

偏特化（半特化）是针对某一个模板参数而非全部模板参数进行特殊化处理。针对的方式可以是类型，也可以是某种修饰，如*、&等。

先介绍一个简单的，就是针对某一个或几个而非全部模板参数的特殊处理。在写法上和全特化很像，我们可以认为全特化是偏特化的一种特殊情况。

但是注意偏特化不能针对函数，只能在类上使用偏特化

偏特化中还有一种就是针对某种修饰方式进行特殊处理

看下面这段代码


#include <iostream>
using namespace std;

template<class T1, class T2>
class test
{
public:
	test()
	{
		cout << "test" << endl;
	}
};

template<class T1, class T2>
class test<T1*, T2&>
{
public:
	test()
	{
		cout << "T1 = " << typeid(T1).name() <<  endl << "T2 = " << typeid(T2).name() << endl;
	}
};

int main()
{

	test<int, char>();
	test<int*, int&>();

	return 0;
}