C++模版进阶

1. 非类型模板参数2. 模板的特化2.1 概念2.2 函数模板特化2.3 类模板特化2.3.1 全特化2.3.2 偏特化

3 模板分离编译3.1 什么是分离编译3.2 模板的分离编译3.3 解决方法

4. 模板总结

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<code>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。

我们定义一个静态的栈

#define N 10

//静态的栈

template<class T>

class Stack

{ -- -->

private:

int _a[N];

int _top;

};

int main()

{

Stack<int> st1;//10

Stack<int> st2;//100

}

如果我们希望一个栈存十个数据，一个存100个数据就没办法实现，在定义一个类型就太麻烦了。类比类的模板参数，我们可以定义非类型模板参数（常量参数）。

//静态的栈

template<class T,size_t N = 10>

class Stack

{

private:

int _a[N];

int _top;

};

int main()

{

Stack<int,10> st1;//10

Stack<int,100> st2;//100

}

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.非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

// C++20之前，只允许整形做非类型模板参数

// C++20之前，可以支持double等其他内置类型

template<double X, int* ptr>

class A

{ };

这里本质上st1，st2是两个不同类型的对象，我们只是把活交给编译器处理了。

//静态的栈

template<class T,size_t N = 10>

class Stack

{

public:

void func()

{

//N是常量

N++;

}

private:

int _a[N];

int _top;

};

int main()

{

Stack<int,10> st1;//10

Stack<int,100> st2;//100

//按需实例化

//st1.func();

//一个类被实例化了,并不是说所有的成员函数都会帮你实例化出来

//当用到的时候才会实例化

//不调用不报错,没有使用就没有实例化

}

C++非类型模版参数的使用

<code>int main()

{ -- -->

array<int, 10> aa1;

int aa2[10];

aa1[10] = 1;

}

普通数组对越界访问是抽查行为，一般是在超出数组下标的最近两个位置设置标志位，但是查过标志位的越界访问很难检查出来，而<code>array数组可以做到严格的越界访问检查。array的空间是开在栈上的，平常我们一般喜欢使用vector不用array。

我们希望实现一个可以打印容器的函数，可以这样写。

void PrintVector(const vector<int>& v)

{ -- -->

vector<int>::const_iterator it = v.begin();

while (it != v.end())

{

cout << *it << " ";

++it;

}

cout << endl;

}

运行结果如图：

但是不支持其他类型的打印，所以我们可以增加一个模板参数。

<code>template <class T>

void PrintVector(const vector<T>& v)

{ -- -->

vector<T>::const_iterator it = v.begin();

while (it != v.end())

{

cout << *it << " ";

++it;

}

cout << endl;

}

但是这里报错了

<code>typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();这样写就可以了。

template <class T>

void PrintVector(const vector<T>& v)

{ -- -->

//模板没实例化的时候，不去里面检查细节东西，无法确认是类型还是静态成员变量

//加typename告诉是类型

//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();

auto it = v.begin();

while (it != v.end())

{

cout << *it << " ";

++it;

}

cout << endl;

}

这是因为编译器编译语法的时候是从上到下编译的，但是编译到<code>vector<T>的时候并不会对这个类模板进行实例化，并且详细的检查，因为模板都是按需实例化，所以当从vector<T>一个没有实例化的类模板里面取东西的时候。

因为里面，没有进行详细的检查，当指定类域里面取的时候可能是typedef的类型，静态变量，和内部类，因为模板没实例化的时候，不去里面检查细节东西，所以我们要加一个typename明确告诉编译器这里是一个类型，等vector<T>，在被实例化的时候在去寻找具体类型。

如果我们希望打印任意类型的数据可以这样写。

template <class Continer>

void PrintVector(const Continer& v)

{ -- -->

typename Continer::const_iterator it = v.begin();

while (it != v.end())

{

cout << *it << " ";

++it;

}

cout << endl;

}

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

<code>template <class T>

bool Less(T left, T right)

{ -- -->

return left < right;

}

可以看到，<code>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。

所以，在这种情况下就可以使用 函数模板的特例化。

2.2 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。

template <class T>

bool Less(T left, T right)

{ -- -->

return left < right;

}

template<>

bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)

{

return *left < *right;

}

通常情况下传参的时候我们会加const引用来减少拷贝，但这样又会出现新的问题。

<code>template <class T>

bool Less(const T& left,const T& right)

{ -- -->

return left < right;

}

template <>

//const修饰的是left对象,所以const要放到*之后限制指针不能修改,不是指针指向的内容不能修改

bool Less<Date*>(Date* const & left, Date* const & right)

{

return *left < *right;

}

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;

};

//全特化

template<>

class Data<int,char>

{

public:

Data()

{

cout << "Data<int,char>" << endl;

}

private:

int _d1;

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：

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。

<code>template<class T1,class T2>

class Data

{ -- -->

public:

Data()

{

cout << "Data<T1,T2>" << endl;

}

private:

T1 _d1;

T2 _d2;

};

//全特化

template<>

class Data<int,char>

{

public:

Data()

{

cout << "Data<int,char>" << endl;

}

};

//偏特化

template<class T1>

class Data<T1, char>

{

public:

Data()

{

cout << "Data<T1,char>" << 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。

<code>//限定模板的类型

template <typename T1,typename T2>

class Data<T1*,T2*>

{ -- -->

public:

Data()

{

cout << typeid(T1).name() << endl;

cout << typeid(T2).name() << endl;

cout << "Data<T1*,T2*>" << endl;

cout << endl;

}

private:

T1 _d1;

T2 _d2;

};

还可以限制引用

<code>//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;

};

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：

<code>// 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

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。

4. 模板总结

<code>【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