移情别恋c++ ദ്ദി˶ｰ̀֊ｰ́ ) ——9.模板进阶

用户11286441

发布于 2024-09-23 19:34:56

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文章被收录于专栏：学习

1.非类型模板参数

之前所使用的模板参数都是用来匹配不同的类型，如 int、double、Date 等，模板参数除了可以匹配类型外，还可以匹配常量（非类型）

我们知道模板参数分为 : 类型形参 与 非类型形参

类型模板形参 : 出现在模板参数列表中，跟在 class 或者 typename 类之后的参数类型名称。 template <class T> // T 为模板参数中的 ---------- 类型模板形参 非类型模板形参 : 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。 template <size_t N> // N 为模板参数中的 ------- 非类型模板形参
注：非类型模板参数必须为常量，即在编译阶段确定值

1.1用类型模板形参和非类型模板形参构建泛型、大小可自定义的数组

template<class T, size_t N>
class arr
{
public:
    T& operator[](size_t pos)
	{
		assert(pos >= 0 && pos < N);
		return _arr[pos];
	}
	size_t size() const
	{
		return N;
	}
 
private:
	int _arr[N];	//创建大小为 N 的整型数组
};
 
int main()
{
	arr<int , 10> a1;   // 大小为 10
	arr<double , 20> a2;   // 大小为 20
	arr<char , 100> a3;  // 大小为 100
 
	// 输出它们的 类型
	cout << typeid(a1).name() << endl;
	cout << typeid(a2).name() << endl;
	cout << typeid(a3).name() << endl;
}

1.2非类型模板参数的使用规则

非类型模板参数要求类型为 整型家族，其他类型是不行的

//整型家族（部分）
template<class T, int N>
class arr1 { /*……*/ };
 
template<class T, long N>
class arr2 { /*……*/ };
 
template<class T, char N>
class arr3 { /*……*/ };

因此可以总结出，非类型模板参数 的使用要求为

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

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;
};         //全特化

void TestVector()
{
 Data<int, int> d1;
 Data<int, char> d2;   //走全特化
}

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;      // 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
}

2.3.3 类模板特化应用示例

#include<vector>
#include<algorithm>
template<class T>
struct Less
{
 bool operator()(const T& x, const T& y) const
 {
 return x < y;
 }
};
int main()
{
 Date d1(2022, 7, 7);
 Date d2(2022, 7, 6);
 Date d3(2022, 7, 8);
 vector<Date> v1;
 v1.push_back(d1);
 v1.push_back(d2);
 v1.push_back(d3);
 // 可以直接排序，结果是日期升序

 sort(v1.begin(), v1.end(), Less<Date>());
 vector<Date*> v2;
 v2.push_back(&d1);
 v2.push_back(&d2);
 v2.push_back(&d3);
 
 // 可以直接排序，结果错误日期还不是升序，而v2中放的地址是升序
 // 此处需要在排序过程中，让sort比较v2中存放地址指向的日期对象
 // 但是走Less模板，sort在排序时实际比较的是v2中指针的地址，因此无法达到预期
 sort(v2.begin(), v2.end(), Less<Date*>());
 return 0;
}

如果待排序元素是指针，结果就不一定正确。因为：sort最终按照Less模板中方式比较，所以只会比较指针，而不是比较指针指向空间中内容，此时可以使用类版本特化来处理上述问题：

// 对Less类模板按照指针方式特化
template<>
struct Less<Date*>
{
 bool operator()(Date* x, Date* y) const
 {
 return *x < *y;
 }
};

3 模板分离编译

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;
}