【C++】模板进阶(特化)

前言

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非类型模板参数

模板参数：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。

下面是非类型模板参数的例子：

如下图，此时只实例化出两个类，因为a1和a3的大小是一样的

c++20之前只支持整形作非类型模板参数，整形包括，int、unsigned、char、size_t 等。

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。

模板参数是在编译时实例化出对象，而普通函数传参是在运行时进行的。

数组越界检查

c语言中，越界写是一种抽查，在有些位置可以检查出来，有些位置检查不出来。库里面的array数组，只要越界都可以检查出来。不过我们基本不用库里面的array 。

按需实例化

如上图，运行后并不会报错。因为实例化这个类的时候，会按需实例化（调用哪个成员函数就实例化哪个）。这里没有调用operator[]，所以即使operator[]有参数不匹配的问题，也不会检查出来。

模板的特化

在某些特殊场景下，less会得到错误结果。如上方less内部没有比较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：

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。

这里是对上面问题的解决方案，进行函数模板特化。一旦类型符合特化，就走特化，而不走原先的模板了。

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

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。

偏特化/半特化

部分特化

上图是将模板参数类表中的一部分参数特化。

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。如上方中，只要是指针类型，都会走最下面的偏特化。 其实不仅可以传指针类型，还可以传引用。

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

场景：

上面运行后会发生链接错误。 array.cpp包了array.h头文件，此时array.h里的内容就会在array.cpp内展开，但是没有实例化，就无法生成地址到符号表。

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。

显式实例化这种方法不推荐。不同类型每次都要显示实例化。

问题：为什么模板定义到.h后就不会出链接错误了？ 答：因为.h预处理展开后，实例化模板时，既有声明也有定义，直接就实例化。编译时，有函数定义，直接就有地址，不需要链接时去找。

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