模板——从初级到进阶

news2025/1/11 20:50:17

前言：

一、非类型模板参数

二、模板的特化

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

三、模板分离编译

3.1 什么是分离编译

3.2 模板的分离编译

四、模板总结

前言：

我们前面已经对初阶模板有了比较深刻的了解，大家如果忘记，可前往进行复习：CSDN

接下来，我们一起来学习更加深刻的内容吧。

一、非类型模板参数

什么是模板参数呢？模板参数是指在使用模板时传递给模板的参数，用来指定模板的具体类型或值。模板参数可以是类型、常量或模板本身。

模板参数又分别为：类型模板参数和非类型模板参数。

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。

对于类型模板参数，没什么好说的，那么咱们接下来来了解非类型模板参数。

对于非类型模板参数的使用，与类型模板参数类似，就是模板参数多了一个常量，以类模板为例如下：

template <typename T, int N>
class MyClass {
    //
};

大家觉得，非类型模板参数有什么应用的场景呢？

我们可不可以运用该特点，来开辟出，类模板静态数组，如下：

template<class T,size_t N = 2>
class array
{
private:
	T _a[N];
};

int main()
{
	array<int, 2>a1;
	array<double, 20>a2;
	return 0;
}

我们可调试来看看是否和我们想的一致：

我们看到完全和我们想的一致。不过，我们注意一点：非类型模板参数是一个常量，这时我们不能对其赋值，否则会编译报错。

另外我们注意以下几点：

1. 浮点数、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的。

2. 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

二、模板的特化

关于模板特化，我们首先就要知道，在怎样的情景下需要模板特化，以下面函数模板为例：

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

这个函数在绝大多数的情况下都适合，但是，大家注意看这组测试用例：

int main()
{
	int* p1 = new int[1];
	int* p2 = new int[1];
	*p1 = 1;
	*p2 = 2;
	cout << Less(p1, p2) << endl;
	return 0;
}

运行结果如下：

我们可以看到两次运行结果大不相同，这时为什么呢？原来，这是按照所开辟地址的地址大小进行比较，所以无外乎出现忽高忽低的情况。

那么，我们该如何处理该情况呢？那就指向主题了——模板特化。

模板特化是一种定制模板的方法，通过为特定的模板参数提供特定的实现来满足不同的需求。可以通过类模板特化和函数模板特化来为特定类型或参数提供特定的逻辑。模板特化可以用于解决特殊处理需求，提供更精确的实现。

2.1 函数模板特化

函数模板特化步骤如下：

                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。

对于上述模板，我们可做出以下的特化：

template<>
bool Less<int*>(int* left, int* right)
{
	return *left < *right;
}

这样我们便可得到正确的运行结果。

这里我们要注意这样一点：一般情况下如果函数模板遇到不能处理或者处理有误的类型，为了实现简单通常都是将该函数直接给出。如下：

bool Less(int* left, int* right)
{
	return *left < *right;
}

2.2 类模板特化

类模板特化分为：全特化和偏特化。

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。

template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
	Data() 
	{
		cout << "Data<T1, T2>" << endl; 
	}
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};

template<>
class Data<int, char>
{
public:
	Data() 
	{
		cout << "Data<int, char>" << endl; 
	}
private:
	int _d1;
	char _d2;
};

void TestVector()
{
	Data<int, int> d1;
	Data<int, char> d2;
}

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。

偏特化有以下两种形式：

1. 部分特化 将模板参数类表中的一部分参数特化。

2.参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 Data<T1, int>				//部分特化	这种方式下，模板类的某些模板参数被特化，而其他模板参数保持不变。
{
	//........
};

template<class T1,class T2>		//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。
class Data<T1*, T2*>
{
	//........
};

注意：类模板偏特化不能重载函数，也不能包含成员函数外的非类型成员，否则会导致编译错误。