C++(进阶 ) ---模板

news2024/9/25 1:25:10

1. 非类型模板参数

模板参数分为类型形参非类型形参

        类型形参: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

namespace bite
 {
    // 定义一个模板类型的静态数组
    template<class T, size_t N = 10>
    class array
    {
    public:
        T& operator[](size_t index){return _array[index];}
        const T& operator[](size_t index)const{return _array[index];}
    
        size_t size()const{return _size;}
        bool empty()const{return 0 == _size;}
    
    private:
        T _array[N];
        size_t _size;
    };
}

注意:

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

2. 模板的特化

2.1 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

// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
 bool Less(T left, T right)
 {
    return left < right;
 }
 
int main()
 {
    cout << Less(1, 2) << endl;   // 可以比较,结果正确
 
    Date d1(2022, 7, 7);
    Date d2(2022, 7, 8);
    cout << Less(d1, d2) << endl;  // 可以比较,结果正确
 
    Date* p1 = &d1;
    Date* p2 = &d2;
    cout << Less(p1, p2) << endl;  // 可以比较,结果错误
 
    return 0;
 }

        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类模板特化

2.2 函数模板特化

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。

 // 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
 bool Less(T left, T right)
 {
    return left < right;
 }
 
// 对Less函数模板进行特化
template<>
 bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
 {
   return *left < *right;
 }
 
int main()
 {
    cout << Less(1, 2) << endl;
 
    Date d1(2022, 7, 7);
    Date d2(2022, 7, 8);
    cout << Less(d1, d2) << endl;
 
    Date* p1 = &d1;
    Date* p2 = &d2;
    cout << Less(p1, p2) << endl;  // 调用特化之后的版本,而不走模板生成了
    return 0;
 }

        注意: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。

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

        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

2.3 类模板特化

2.3.1 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;
 } 
2.3.2 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:

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

偏特化有以下两种表现方式:

       1. 部分特化

        将模板参数类表中的一部分参数特化。

// 将第二个参数特化为int
 template <class T1> 
class Data<T1, int>
 {
 public:
    Data() {cout<<"Data<T1, int>" <<endl;}
 private:
    T1 _d1;
    int _d2;
 };

        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。

//两个参数偏特化为指针类型 
template <typename T1, typename T2> 
class Data <T1*, T2*> 
{ 
public:
    Data() {cout<<"Data<T1*, T2*>" <<endl;}
    
private:
     T1 _d1;
     T2 _d2;
 };
 //两个参数偏特化为引用类型
template <typename T1, typename T2>
 class Data <T1&, T2&>
 {
     public:
     Data(const T1& d1, const T2& d2)
     : _d1(d1)
     , _d2(d2)
        {
         cout<<"Data<T1&, T2&>" <<endl;
        }
 private:
     const T1 & _d1;
     const T2 & _d2;    
 };
 void test2 () 
{
    Data<double , int> d1;      
    Data<int , double> d2;      
    Data<int *, int*> d3;       
    // 调用特化的int版本
    // 调用基础的模板    
    // 调用特化的指针版本
    Data<int&, int&> d4(1, 2);  // 调用特化的指针版本
}

3 模板分离编译

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:

// a.h
 template<class T>
 T Add(const T& left, const T& right);

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

 // main.cpp
 #include"a.h"
 int main()
 {
     Add(1, 2);
     Add(1.0, 2.0);
     return 0;
 }

3.3 解决方法

1. 将声明和定义放到一个文件 "xxx.hpp" 里面或者xxx.h其实也是可以的。推荐使用这种。

2. 模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用,不推荐使用。

4. 模板总结

【优点】

        1. 模板复用了代码,节省资源,更快的迭代开发,C++的标准模板库(STL)因此而产生

        2. 增强了代码的灵活性

【缺陷】

        1. 模板会导致代码膨胀问题,也会导致编译时间变长

        2. 出现模板编译错误时,错误信息非常凌乱,不易定位错误

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