【C++】模板进阶

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。

非类型模板参数基本都是用来定义类里面的数组，或者是用于控制某些个数值

array的底层就是通过非类型模板参数控制的数组大小

cpp 复制代码

template<class T, size_t N = 10>
class array
{
public:
	T& operator[](size_t index) { return _array[index]; }
	const T& operator[](size_t index)const { return _array[index]; }
	size_t size()const { return _size; }
	bool empty()const { return 0 == _size; }
private:
	T _array[N];
	size_t _size;
};

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。（但是c++新标准已支持）
非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

2 模板的特化

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。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

2.1 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。

cpp 复制代码

// 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;
}

其实，函数模板并不一定要使用特化，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，直接让编译器选择最匹配的函数。

cpp 复制代码

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

因此，函数模板不建议走特化

2.2 类模板特化

类模板特化理解起来跟函数模板特化类似，都是为了处理特殊情况而进行的特殊化操作。

2.2.1 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。

cpp 复制代码

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;
}

2.2.2 偏特化

即任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本。有两种表现形式

部分特化，即将模板参数类表中的一部分参数特化。

cpp 复制代码

// 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;
};

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。

一般是对参数类型做进一步限制

cpp 复制代码

//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;
};

//两个参数偏特化为指针类型
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;
};

//指针和引用结合也可以

ps：

cpp 复制代码

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;
};

上述代码有误的原因是：const修饰的是指针，不是引用，在进行类型转化的时候

3 模板分离编译

3.1 分离编译概念

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。

通俗来讲，我们平时在.h文件中放声明，.cpp文件中放相应的定义，就体现了分离编译。

3.2 模板的分离编译

解决办法

对于模板不要声明定义分离，即将声明和定义都放在同一个.h文件中。推荐使用这种。

本质是在调用的地方直接就有函数定义，可以直接在编译时就实例化，不需要等到链接

模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，因为丧失了模板的泛性，所以不推荐使用。

cpp 复制代码

template<class T>
T add(const T& x, const T& y)
{
	return x + y;
}

//不加<>，为了与特化区分
template
int add<int>(const int& x, const int& y);

4 模板总结

【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