C++--模板 - 技术栈

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。
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// 定义一个模板类型的静态数组
 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：

1. 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。

2. 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

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。
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// 函数模板 -- 参数匹配
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;
}
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：

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。
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// 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;
}

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;
}
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。）
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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;
};

void TestVector()
{
    Data<int, int> d1;
    Data<int, 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：
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//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<double , int> d1; // 调用特化的int版本
    Data<int , double> d2; // 调用基础的模板 
    Data<int *, int*> d3; // 调用特化的指针版本
    Data<int&, int&> d4(1, 2); // 调用特化的指针版本
}

3 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 2. 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