模板（c++）part2

news2025/3/9 9:22:46

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1.非类型模板参数

2.特化 

2.1函数模板特化

2.2类模板特化

 2.2.1全特化

2.2.2偏特化

3.模板分离编译

1.非类型模板参数

注意，假如

#define N 10
template<class T>
class A
{
private:
	T a[N];
};
这样的一个类模板，a数组的大小是定死的
而为了解决这个问题，引入了一个新的定义
template<class T,size_t N>
class A
{
private:
	T a[N];
};
这样在类模板构造类的时候，可以通过自己传的常量来控制一些数据大小等

注意，只能是整型常量(看编译器，越新，可能支持的常量类型越多)

2.特化 

针对一些特殊情况我们需要对类模板或函数模板进行特化，比如我们构造了一个用来比较大小的函数模板，但是如果传参数的时候，传了指针，这样就不会出现正确的结果了（跟自定义和内置无关，自定义类型比较的时候是依靠的相应类里面的运算符重载），因为这时候比较的是地址大小了

template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
 return left < right;
}

2.1函数模板特化

特化步骤：

1.有基础的模板

2.特化的模板,关键字template后面<>里面是空的

3.函数名后面跟一个<特化需要的类型名>

4.注意，基础模板和特化模板，函数的形参要保持一致，类型可以不一样，其他方面尽量一致，否则编译器会给我们很多惊喜

template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
 return left < right;
}

template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
{
     return *left < *right;
}
这就是对上面函数模板的一个特化，就是一种特殊处理
针对特殊情况特殊处理
但是这里其实意义不大，因为这种特化是针对已知自定义类型或内置类型
对未知类型，还是要自己手动写一个函数
平时更多的还不如直接写一个
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
{
     return *left < *right;
}
直接走函数匹配，不用走模板

但是有一种场景我们需要注意，比如优先队列中，我们是priority_queue<Date*>，这样的话，我们就需要考虑自己来写了（按理来说是两种自己写的方式，但是我们平时都是用库里的容器，这样less也都是库里的，我们不能特化库里的，如果是自己写的比较模板，可以自己特化，具体方式参考下面的类模板特化。排除这个只剩下一种了）自己写一个新的比较模板，再传入优先队列的模板里

template<class t1,class t2>
class mm {
public:
	mm() {
		cout << 111 << endl;
	}
};

struct kp {
	bool operator()(const mm<int, int>* a, const mm<int, int>* b)
	{
		return *a < *b;
	}
};
注意，我这里没写解引用的重载，直接放编译器会报错，我这里只是举例

int main()
{
	priority_queue<mm<int, int>*, vector<mm<int, int>*>, kp>a;
	a.push(new mm<int, int>);
	a.push(new mm<int, int>);
	a.push(new mm<int, int>);
}

2.2类模板特化

 2.2.1全特化

即，将类模板的参数全部确定的特化方式

特化方式很简单，我们知道类模板是根据模板参数来生成类的，全特化就是针对其中的某种情况进行特化，比如上面当我们传入long long和double类型的，会走下面的特化，而不是依靠基础模板生成类，特化的类里面的内容也可以依据我们需要进行修改

2.2.2偏特化

第一种部分偏特化

 

#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;


template<class t1,class t2>
class mm {
public:
	mm() {
		cout << 111 << endl;
	}
};

//全特化
template<>
class mm<long long, double>
{
public:
	mm() {
		cout << 222 << endl;
	}
};
//偏特化
template<class t1>
class mm<t1,double>
{
public:
	mm() {
		cout << 333;
	}
};


int main()
{
	mm<long long, double>a;
	mm<int, double>b;
偏特化就是限定了一部分类模板的一部分参数，比如这里，一般情况下遇到第二个参数是double的
都会走偏特化的部分，生成类的时候只有一部分是要生成的，剩下都是现成的

根据结果，我们可以发现，全特化是优先于偏特化的，毕竟有现成的成品，何必自己点份原料外卖再自己做呢

}

第二种，是对参数类型做了进一步的限制，比如之前我们一直讲的传指针的情况

#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;


template<class t1,class t2>
class mm {
public:
	mm() {
		cout << 111 << endl;
	}
};

//全特化
template<>
class mm<long long, double>
{
public:
	mm() {
		cout << 222 << endl;
	}
};
//偏特化
template<class t1>
class mm<t1,double>
{
public:
	mm() {
		cout << 333 << endl;
	}
};
//进一步的偏特化
template<class t1,class t2>
class mm<t1, t2*>
{
public:
	mm() { cout << 444 << endl; }
};
template<class t1, class t2>
class mm<t1*, t2*>
{
public:
	mm() { cout << 555 << endl; }
};

int main()
{
	mm<long long, double>a;
	mm<int, double>b;
	mm<int*, double*>c;
	mm<int, double*>d;
显而易见，我们可以针对指针，引用,const等进行特化

}

这个时候，

​
template<class t1,class t2>
class mm {
public:
	mm() {
		cout << 111 << endl;
	}
};

struct kp {
	bool operator()(const mm<int, int>* a, const mm<int, int>* b)
	{
		return *a < *b;
	}
};
注意，我这里没写解引用的重载，直接放编译器会报错，我这里只是举例

int main()
{
	priority_queue<mm<int, int>*, vector<mm<int, int>*>, kp>a;
	a.push(new mm<int, int>);
	a.push(new mm<int, int>);
	a.push(new mm<int, int>);
}


​有新的解决方法
​
template<class t1,class t2>
class mm {
public:
	mm() {
		cout << 111 << endl;
	}
};
​template<class t>
class kp {
	bool operator()(const t& a, const t &b)
	{
		return a < b;
	}
};
template<class t>
class kp<t*> {
	bool operator()(const t*const& a, const t*const& b)
	{
		return *a < *b;
	}
注意，这里如果为了也想用引用，比如在引用前加入const修饰
因为我们如果是将一个非const类型传进去，会进行类型转换，权限缩小
类型转换之后会产生一个新的临时变量，再将临时变量传进去，而形参接受的时候，如果
加了引用，这时候引用的是临时变量，而临时变量是常量，如果要引用必须加const修饰
但这里其实意义不大，因为指针就算直接传值，消耗也不大的
};
这样针对原比较函数进行特化就方便许多（本来我们要指定类型，像上面写函数模板特化的时候，
我们还要指定哪种指针类型，而现在我们只需要记得把自己新写的类加上相应的解引用大于小于
等运算符重载即可），
虽然还是有问题，因为我们平时习惯用库里的了，不过问题不大，库里也是类似的设计。

3.模板分离编译

 在这之前，先复习下关于编译器的问题

我们知道，编译器在预处理阶段，.cpp文件是执行展开头文件操作的，.h文件只是用来展开，其他没什么用。然后.cpp->.i，然后再对.i文件进行语法检查等操作，.i->.s,再然后对.s文件进行汇编（变成机器能识别的语言）在这过程中，对调用函数会汇编成相应的语句，.s->.o,最后将整个工程里的所有.o文件链接起来。

我们可以注意到，在过程中，除了同流程的文件外，整个工程的文件只有在最后链接的时候才会有所关联。

这个时候，函数分离编译和模板分离编译就出现了差异，分离编译就是定义和声明分离在.cpp和.h文件中，而函数分离编译之所以可以成功，是因为函数定义出现之后，会产生相应的地址放在函数表里，这样另外一个文件如果调用了该函数，就可以依靠地址直接在内存中找到相应的函数，但是模板不同。

模板是只有在生成具体的函数或类的时候，才会在内存中留下地址，因此，关联上面的流程，当链接的时候调用的.o文件只有调用模板生成的函数或类（头文件展开的），这样就完全不知道模板在哪，更不知道怎么让模板生成相应的类或函数，更何况是实例化类、调用里面的函数了。而另一个只有定义的.cpp文件生成的.o文件，没有收到类型参数，就完全不知道要生成什么样的类或函数了，因此调用的时候，更不会在内存中留下地址供其他文件调用。

因此，为了解决这个问题，有2个方法

一个是将声明和定义放在同一个.h文件或.hpp文件里。

一个就是显示实例化（既然是在定义类或函数的.cpp里找不到类或函数，那干脆，就手动写一个）

.h文件

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
 return left + right;
}
显示实例化
template
int Add<int>(const int&, const int&);
因为模板生成类或函数是在链接前的，所以我们只能手动在源文件里，
增加一个显示实例化，在链接前就让模板生成一个指定的类或函数
这样当另一个文件链接起来的时候，调用相应函数或实例化类，就不会
出现找不到地址的问题了

.cpp文件

#include<iostream>
using namespace std;
#include"s.h"
int main(){
    Add(1,2);
}

4. 总结模板

优：复用代码，节省资源（时间），加快迭代开发，增强代码灵活性

缺：容易代码膨胀，增加编译时间，模板编译错误时信息混乱，不易定位错误

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