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目录

1、非类型模板参数

2、模版的特化

2.1 概念

2.2 函数模板特化

2.3 类模板特化

2.4 类模板特化应用示例

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

​编辑 3.3 解决方法

4. 模板总结

5.完结散花

1、非类型模板参数

模板参数分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。

举个栗子：

<code>template<class T,size_t N>

class Stack

{

public:

//............

private:

T a[N];

};

int main()

{

Stack<int, 0>;

Stack<int, 5>;

Stack<int, 10>;

return 0;

}

 >注意：

1. 浮点数（C++20以后的版本支持！）、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的。

 C++20以后的版本是支持浮点数的！

2. 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

3、注意非类型模版参数也是可以带缺省值的。

<code>template<class T, size_t N=10>

class Stack

{

public:

//............

private:

T x;

};

>非类型模版参数的应用

在stl中其实还有一种数据结构array！

 我们可以看到array的第二个模版参数就是非类型模版参数，而array底层就是一个静态的数组，非类型模版参数就是来控制我们实例化出来的对象的大小！

<code>array<int, 10> a1;

 那array和C中的原生数组相比有什么优点呢？

1、越界检查更加严格！

数组的越界并不是都能够检查出来！

int a[10];

cout<<a[12]<<endl ;//这里进行了越界读的操作！

 这和数组的检查机制有关，我们在开辟数组时，编译器会检查数组尾部之后的俩个位置是否有越界读写的问题！在往后的数组越界编译器只能检查到数组的越界写，而越界读却不再检查了！

而array的检查就更加严格了，只要有越界的问题，它都能够直接报出来，这和array的访问有关，因为array的下标访问是重载的，我在里面想怎么玩就这么玩，想怎么报错就这么报错，而原生的下标访问则做不到这一点，如果数组想和array这样严格的检查，那代价也太大了！

<code>array<int, 10> a1;

cout << a1[11] << endl;//想越界操作，门都没有

2、数据更易管理 

array毕竟是stl中封装的容器，对于数据的操作有很多现成的接口，在这一点上数组是完全比不上的！

不过！我们之前不是学过顺序表vector吗，这时候array就显得很鸡肋了！

存在即合理，与vector相比，array也不是一无是处！array的底层是数组，而数组在栈上一次性开辟好空间，它的效率比vector是要高的，因为vector要在堆上申请空间，有时候还要扩容。当我们需要用到很多小数组时，我们可以考虑用array！

2、模版的特化

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;

}

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;

}

上面我使用了我之前写的日期类，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。

<code>// 函数模板 -- 参数匹配

template<class T>

bool Less(T left, T right)

{

return left < right;

}

//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;

}

不过，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。 

因为函数模版的特化，如果我们控制不好的话会有大坑的！

前面的函数模版严格一点应该这样写：

template<class T>

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

{

return left < right;

}

 但是如果我们这样写的话，函数模版的特化应该怎么写呢？

 我们可能会下意识的这样写：

<code>//特化

template<>

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

{

return *left < *right;

}

 但是，这样写就是一个大坑！

原因就在于，原函数模版中的模版参数中的const修饰的是left和right！而我们特化的函数模版中的const修饰的是Date*指针所指向的内容（const放在*之前修饰指针指向的内容，放在*之后修饰指针本身）！

注意：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。

所以正确的写法应该是这样：

<code>//特化

template<>

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

{

return *left < *right;

}

我们这样看起来这个函数模版的特化烦得很！我们直接写一个普通函数就能解决多香啊！

2.3 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。

//类模版

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;

};

int main()

{

Data<int, int> d1;//走类模版

Data<int, char> d2;//走全特化

return 0;

}

>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：

1、部分特化

将模板参数类表中的一部分参数特化。

<code>//类模版

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;

};

//偏特化

template<class T1>

class Data<T1, double>

{

public:

Data() { cout << "Data<T1, double>" << endl; }

private:

int _d1;

char _d2;

};

int main()

{

Data<int, int> d1;//走类模版

Data<int, char> d2;//走全特化

Data<int, double> d3;//走偏特化

return 0;

}

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。

<code>//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<int*, int*> d3;

Data<int&, int&> d4(1, 2);

}

 只要我们传递的两个参数是指针，就走我们的指针特化，传递的俩个参数是引用，就走我们的引用特化！

注意：我们在特化类模版里面，T1和T2并不是指针类型！依然是自己本身（例如：我们传递int*给T1，T1的类型任然是int!）

2.4 类模板特化应用示例

有如下专门用来按照小于比较的类模板Less：

<code>#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;

}

通过观察上述程序的结果发现，对于日期对象可以直接排序，并且结果是正确的。但是如果待排 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;

}

};

特化之后，在运行上述代码，就可以得到正确的结果 。

为什么标准库里面的less没有特化指针的模版呢？因为如果有人就是要比较指针的大小，标准可不会被这个锅 ！

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：

// 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;

}

 报错啦！

分析：

 3.3 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。

4. 模板总结

【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  

不过由于模版超高的优越性，这点缺陷也就显得微不足道了！

5.完结散花

好了，这期的分享到这里就结束了~

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我们下期不见不散~~

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