文章目录
- 前言
- 一、非类型模板参数
- 二、模板的特化
- 概念
- 函数模板特化
- 类模板特化
- 1.全特化
- 3.偏特化
- 三、模板分离编译
- 什么是分离编译
- 模板的分离编译
- 解决方法
- 模板总结
前言
前边我们讲解了模版初阶的内容，对泛型编程，函数模版，类模板有了一定的认识，今天我们来学习模版的进阶操作。
一、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：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。
我们在C++模版进阶学到的都是类型模版，例如下边的代码：
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
类型模版参数跟在class或者typename之后，通过代表一个数据类型，用某一个数据类型来实例化。
但是在STL中有一个容器叫做array，是一个静态的数组，他的模版参数确实一个size_t 类型的N，这叫做非类型模版参数。
我们先来看下边一段代码：
namespace tmt
{
// 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;
};
}
实现了一个简版的静态数组，我们发现他有非类型模版N,我们在使用时需要传入数组的大小，这样就有一个好处，在创建一个静态数组时，不仅可以控制静态数组的类型，也可以控制静态数组的大小，这不就更加符合泛型编程吗？
int main()
{
tmt::array<int, 10> a1;
tmt::array<double, 20> a2;
return 0;
}
注意：
- 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。
所以非类型模版参数必须是整形家族的，例如int char - 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。
所以模版类不支持分文件编写，因为分文件编写是在编译完成后才会链接。
二、模板的特化
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。
例如下边的代码：
先来实现一个date类方便后续的特化讲解：
struct Date
{
Date(int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator>(const Date& d) const
{
if ((_year > d._year)
|| (_year == d._year && _month > d._month)
|| (_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day))
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
bool operator<(const Date& d) const
{
if ((_year < d._year)
|| (_year == d._year && _month < d._month)
|| (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day))
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
// 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(2023, 5, 12);
Date d2(2023, 5, 11);
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;
}
我们发现使用内置类型以及自定义date类都可以比较，但是使用指针类型比较久出错了，这是因为当使用指针类型时，比较的并不是指针指向数据的大小，而是地址的大小，那么可能比较就是会出错的。
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。
函数模板特化
函数模板的特化步骤：
- 必须要先有一个基础的函数模板
- 关键字template后面接一对空的尖括号<>
- 函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型
- 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;
}
template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
{
return *left < *right;
}
再次观察结果，就正确了。
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。
类模板特化
在进行类模板特化前，必须加上原有的类模板。
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。
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;
}
int main()
{
TestVector();
return 0;
}
3.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：
在偏特化中又分为部分特化和类型特化（限制T*，T&等）。
部分特化：
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
// 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。
template<class T1,class T2>
class Data
{
public:
Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
//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:
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; // 调用特化的int版本
Data<int, double> d2; // 调用基础的模板
Data<int*, int*> d3; // 调用特化的指针版本
Data<int&, int&> d4(1, 2); // 调用特化的指针版本
}
三、模板分离编译
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。
模板的分离编译
可能在写项目时，会有以下的场景:
// 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;
}
我们来看一幅图分析一下：
由于在编译阶段，编译器没有看到模版函数的实例化，所以在a.cpp文件中的符号表中并不会加载这个函数，因为他还没有实例化，所以在后边链接，a.h文件在a.cpp中根据修饰后的函数名去找时，找不到，所以会发生链接错误。
解决方法
- 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。
- 模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，不推荐使用。
例如在实现vector的.cpp文件后显式的加上：
template
vector<int>;
template
vector<double>;
模板总结
【优点】
- 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
- 增强了代码的灵活性
【缺陷】 - 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
- 出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误。
