C++进阶学习——模版进阶

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。

1.1使用方法

首先讲一下为什么会引入这个功能

如果单个参数的情况下，st1想要十个空间，st2想要一百，这是用宏做不到的

我们可以通过非类型模版参数实现

1.2使用时的注意事项

只能将整型家族类型作为非类型模板参数，其他类型不在标准之内

非类型模板参数必须为常量(不可被修改)，且需要在编译阶段确定结果

整型家族:

char、short、bool、int、long、long long 等

注意：非类型模版参数的常量是按需实例化的

在函数中修改了常量是检查不出错误的

调用修改常量的函数才会报错

1.3举例说明

在 c++11 标准中，引入了一个新容器 array ，它就使用了非类型模板参数，为一个真正意义上的泛型数组，这个数组是用来对标传统数组的

array 是泛型编程思想中的产物，支持了许多 STL 容器的功能，比如迭代器和运算符重载等实用功能，最主要的改进是严格检查越界行为

但实际开发中，很少使用 array，因为它对标传统数组，连初始化都没有，vector 在功能和实用性上可以全面碾压，并且 array使用的是栈区上的空间，存在栈溢出问题，可以说 array 是一个鸡肋的容器

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;
 }；
}

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与类模板特化。

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构成重载。

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

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：

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;
};

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; 
 };

运行试试看：