模板进阶（C++）

一.非类型模板参数

1.使用方法和概念

模板参数分为类型形参 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。

注意：在c++20之前，这个常量只允许是像（int，size_t，long long......）这样的整数类型，在c++20之后开始支持浮点类型

2.应用

定义静态数组：

cpp 复制代码

namespace bite
{
 // 定义一个模板类型的静态数组
 template<class T, size_t N = 10>
 class array
 {
     private:
     T _array[N];
     size_t _size;
 }；
}

注意：静态数组只能用这种方式封装，在构造函数传参是不行的------那只能是动态内存管理。

3.非类型模板参数在STL中的应用--array类

实现原理与上面的应用是一样的。

3.1 array的优点

普通的静态数组越界编译器不一定能检查出来 ------编译器在这里的检查是一个抽查机制。但是array越界一定能检查出来------assert断言。

3.2array的缺点

在栈上开空间，栈的空间只有8M。

2.vector可以完美替代array，vector也是可以检查越界的，并且在堆上开空间。

4.知识点补充

不可以直接从未实例化的类模板中直接取类型------因为编译器不会编译模板 ，所以不知道取出来的是类型还是静态成员。

解决方案：前置typename------相当于向编译器保证取出来的是类型。

cpp 复制代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
template<class T>
class A {
public:
	typedef int asdf;
};
template<class T>
void test() {
//	A<T>::asdf a1 = 1; //报错
	typename A<int>::asdf a1 = 1;
	cout << a1;
}
int main() {
	test<int>();
	return 0;
}

二.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

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;
}
 
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：

必须要先有一个原模版

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: 必须要和原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;
}
 
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;
}

但是，不建议搞函数模板特化，因为重载不仅好写，而且可读性也强。

cpp 复制代码

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

向这样直接重载就很香了。

2.3 类模板特化

2.3.1 全特化

概念：

全特化即是将模板参数列表中所有的参数都直接给出。

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;
};
 
void TestVector()
{
     Data<int, int> d1;
     Data<int, char> d2;
}

2.3.2 偏特化

cpp 复制代码

template<class T1, class T2> 
class Data
{
public:
     Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:
     T1 _d1;
     T2 _d2;
};

概念

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。比如对于以上模板类：

部分特化：

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。

比如限定指针类型：

cpp 复制代码

//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; 
};

如果传指针，就走这个特化版本

注意：T1，T2比传的类型少一个*

举例：传<int*, int**>

实际：T1（int） T2（int*）

或者是限定引用：

cpp 复制代码

template<class T1, class T2>
class Data<T1&, T2&> {
public:
    Data() { cout << "class Data<T1&, T2&>" << endl; }
private:
    T1 _d1;
    T2 _d2;
};

此时，传引用就走这个特化版本。

总结：

指定类型限定

说明指针，限定所有指针类型

说明引用，限定所有引用

注意：这三个偏特化可以混编。

三模板分离编译

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：

cpp 复制代码

// a.h
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right);
 
// a.cpp
#include"a.h"
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;
}

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。

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

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------每实例化出一个模板类（函数），就会多个几十或上百行的代码。

出现模板编译错误 时，错误信息非常凌乱，不易定位错误

模板进阶（C++）

一.非类型模板参数

1.使用方法和概念

2.应用

3.非类型模板参数在STL中的应用--array类

3.1 array的优点

3.2array的缺点

4.知识点补充

二.模板的特化

2.1 概念

2.2 函数模板特化

2.3 类模板特化

2.3.1 全特化

2.3.2 偏特化

三 模板分离编译

3.1 什么是分离编译

3.2 模板的分离编译

3.3 解决方法

4. 模板总结

三模板分离编译