C++ 模板特化

非类型模板参数

定义：对于函数模板和类模板，模板参数并不局限于类型，普通值也可以作为模板参数

非类型模板参数定义的是常量

template<typename T, size_t N>
class array;
//T：类型模板参数
//N：非类型模板参数，一个常量

使用场景：

template<typename T, size_t N>
class Stack{
private:
    T _arr[N];
    int _top;
};

int main(){
    Stack<int,100> st1;
    Stack<float,500> st2;
    return 0;
}

注意：

1. 非类型模板参数是常量，不能修改

   template<typename T, size_t N>
   class Stack{
   public:
   void f(){
   N=10; //不可修改非类型模板参数
   }
   private:
   T _arr[N];
   int _top;
   };

   int main(){
   Stack<int,100> st1;
   st1.f();
   return 0;
   }

2. 有些类型不能作为非类型模板参数，例如浮点数、类对象、字符串，非类型模板参数基本上都是整型，也只有整型是有意义和价值的【char 是整型】

3. 非类型模板参数必须在编译期就能确认结果

array

#include<iostream>
#include<array>
#include<vector>
using namespace std;
int main() {
    vector<int> v1(100, 0);
    array<int, 100> a1;
    cout << "size of v1：" << sizeof(v1) << endl;
    cout << "size of a1：" << sizeof(a1) << endl;
    return 0;
}

vector 在堆上开辟空间，array 在栈上开辟空间

用 array 对标 vector 是错误的，与原生数组可以对比

array<int, 100> a1;
int a2[100];

array 的最大优势：有一个越界的检查，读和写都可以检查到是否越界

总结：array 相较于原生数组，有越界检查的优势，实际中建议直接使用 vector

模板特化

引入：给特殊类型准备特殊模板。使用模板可以实现一些与类型无关的代码，对于一些特殊类型，对其进行一些"特殊的处理"

定义：针对某些类型进行特殊化处理

函数模板的特化

步骤：

1. 必须先有一个基础的函数模板
2. 关键字 template 后面接一对空的 <>
3. 函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的内容
4. 函数形参表必须和模板函数的基础参数类型完全相同

PS：函数模板不一定非要特化，写一个匹配参数的普通函数更容易理解

#include<iostream>
#include "Date.h"
using namespace std;
//函数模板
template<typename T>
bool Less(T left, T right){
    return left < right;
}
//函数模板的特化处理
template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right){
    return *left < *right;
}
//直接匹配的普通函数
bool Less(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 = new Date(2022, 7, 16);
    Date* p2 = new Date(2022, 7, 15);
    cout << Less(p1, p2) << endl;//若存在直接匹配的普通函数（函数重载），会优先使用现成的函数重载，不用实例化
    return 0;
}

类模板的特化

类模板无法实现一个具体的实际类型，故必须特化

#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T1, typename T2>
//类模板
class Data {
public:
    Data() {
        cout << "Data <T1, T2>" << endl;
    }
private:
    T1 _d1;
    T2 _d2;
};
//类模板的特化
template<>
class Data<int, double> {
public:
    Data() {
        cout << "Data <int, double>" << endl;
    }
};
int main(void) {
    Data<int, int> d1;
    Data<int, double> d2;
    return 0;
}

全特化

定义：将模板参数列表中所有的参数都确定化

#include<iostream>
using namespace std;
//类模板
template<typename T1, typename T2>
class Data {
public:
    Data() {
        cout << "Data <T1, T2>" << endl;
    }
private:
    T1 _d1;
    T2 _d2;
};
//全特化
template<>
class Data<int, double> {
public:
    Data() {
        cout << "Data <int, double>" << endl;
    }
};
int main(void) {
    Data<int, int> d1;
    Data<int, double> d2;
    return 0;
}

半特化 / 偏特化

定义：将部分参数类表中的一部分参数特化

#include<iostream>
using namespace std;
//类模板
template<typename T1, typename T2>
class Data {
public:
    Data() {
        cout << "Data <T1, T2>" << endl;
    }
private:
    T1 _d1;
    T2 _d2;
};
//半特化
template<typename T1>
class Data<T1, char> {
public:
    Data() {
        cout << "Data <T1, char>" << endl;
    }
};
//半特化的另一种表现形式，可以对参数进行进一步限制
//限制两个参数都是指针：只要两个参数都是指针，就匹配
template<typename T1, typename T2>
class Data<T1*, T2*> {
public:
    Data() {
        cout << "Data <T1*, T2*>" << endl;
    }
};
//限制两个参数都是引用：只要两个参数都是引用，就匹配
template<typename T1, typename T2>
class Data<T1&, T2&> {
public:
    Data() {
        cout << "Data <T1&, T2&>" << endl;
    }
};
int main(void) {
    Data<int, char> d3;       // Data <T1, char>
    Data<char, char> d4;      // Data <T1, char>
    
    Data<int*, char*> d5;     // Data <T1*, T2*>
    Data<char*, string*> d6;  // Data <T1*, T2*>
    Data<char**, void*> d7;   // Data <T1*, T2*>
    Data<int, char*> d8;      // Data <T1, T2>

    Data<int&, char&> d9;     // Data <T1&, T2&>
    Data<char&, string&> d10;  // Data <T1&, T2&>
    Data<int, char&> d11;      // 编译错误
    return 0;
}