C++之模板进阶-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C++之模板进阶。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

非类型模板参数

模板参数分两种：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。

#include<iostream>
using namespace std;

namespace gtt
{
	template<class T, size_t N = 10>//非类型形参
	class array
	{
	public:
		size_t arraysize()
		{
			return N;
		}
	private:
		T _array[N];
	};
}

int main()
{
	gtt::array<int, 10> s1;//开辟容量为10个int大小的数组
	cout << s1.arraysize() << endl;//10

	gtt::array<int, 100> s2;//开辟容量为100个int大小的数组
	cout << s2.arraysize() << endl;//100
	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。
非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

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，比如：实现了一个专门用来进行小于比较的函数模板。

namespace gtt
{
	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;
			}
		}
		int _year;
		int _month;
		int _day;
	};

	template<class T>
	bool less(T left, T right)
	{
		return left < right;
	}
}

void test1()
{
	cout << gtt::less(1, 2) << endl;//结果正确

	gtt::Date d1(2023, 8, 18);
	gtt::Date d2(2023, 8, 19);
	cout << gtt::less(d1, d2) << endl;//结果正确

	gtt::Date* p1 = &d1;
	gtt::Date* p2 = &d2;
	cout << gtt::less(p1, p2) << endl;//结果不正确
}

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.

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;
}

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。

template<class T>
bool less(T left, T right)
{
	return left < right;
}

template<>
bool less(Date* left, Date* right)
{
	return *left < *right;
}

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：

namespace gtt
{
	template<class T1, class T2>
	class Date
	{
	public:
		Date()
		{
			cout << "Date<T1, T2>" << endl;
		}
	};

	template<>
	class Date<int, char>
	{
	public:
		Date()
		{
			cout << "Date<int, char>" << endl;
		}
	};
}
void test()
{
	gtt::Date<int, int> d1;//Date<T1, T2>
	gtt::Date<int, char> d2;//Date<int, char>

}

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。
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。

//将第二个参数特华为int
template<class T1>
class Date<T1, int>
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date<T1, int>" << endl;
	}
};

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 Date<T1*, T2*>
	{
	public:
		Date()
		{
			cout << "Date<T1*, T2*>" << endl;
		}
	};

	template<class T1, class T2>
	class Date<T1&, T2&>
	{
	public:
		Date()
		{
			cout << "Date<T1&, T2&>" << endl;
		}
	};

	template<class T1, class T2>
	class Date<T1&, T2*>
	{
	public:
		Date()
		{
			cout << "Date<T1&, T2*>" << endl;
		}
	};

void test()
{
	gtt::Date<int, int> d1;//Date<T1, T2>
	gtt::Date<int, char> d2;//Date<int, char>
	gtt::Date<double, int> d3;//Date<T1, int>
	gtt::Date<int*, int*> d4;//Date<T1*, T2*>
	gtt::Date<int&, int&> d5;//Date<T1&, T2&>
	gtt::Date<int&, int*> d6;//Date<T1&, T2*>

}

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

我们将模板的声明与定义分离，在头文件中定义声明，源文件中进行定义：
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此时我们运行程序，会发现程序会报链接错误，那么为什么呢？

我们都知道，程序要运行起来一般要经历以下四个步骤：

预处理：头文件展开、去注释、宏替换、条件编译等。
编译：检查代码的规范性、是否有语法错误等，确定代码实际要做的工作，在检查无误后，将代码翻译成汇编语言。
汇编：把编译阶段生成的文件转成目标文件。
链接：将生成的各个目标文件进行链接，生成可执行文件。

预处理阶段以后。头文件就被展开，此时就生成了Add.i和main.i文件：
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但是我们会发现，此时main.i文件中并没有Add函数的定义，只存在Add函数的声明，此时就进入编译阶段，顺利的将main.i和Add.i文件转化为main.s和Add.s文件，然后进入汇编阶段，就会生成main.o和Add.o文件，在此之前都不会报错。