【C++】模板进阶

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所属专栏：C++

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一、非类型模板参数

二、模板的特化

[2.1 特化的概念](#2.1 特化的概念)

[2.2 函数模板特化](#2.2 函数模板特化)

[2.3 类模板特化](#2.3 类模板特化)

[2.3.1 全特化](#2.3.1 全特化)

[2.3.2 偏特化](#2.3.2 偏特化)

三、模板的分离编译

[3.1 分离编译](#3.1 分离编译)

[3.2 模板不能分离编译的原因](#3.2 模板不能分离编译的原因)

[3.3 解决方法](#3.3 解决方法)

一、非类型模板参数

模板参数分为两种：类型模板参数 、非类型模板参数。

类型模板参数：在参数列表中，跟在class或者typename后的类型名称。例如：

cpp 复制代码

template<class T>
class A
{
	T data;
};

非类型模板参数：在参数列表中，声明一个常量，作为参数列表的一部分。在类中可以当作常量来使用。例如：

cpp 复制代码

template<class T, size_t N>
class A
{
	T data;
	T arr[N];
};

注意：
浮点数、类对象、字符串不能作为非类型模板参数。

非类型模板参数的值必须在编译时就能够确定。
模板中，类型参数、非类型参数都可以给定缺省值 。
cpp 复制代码
template<class T = int, size_t N = 10>
class A
{
	T data;
	T arr[N];
};
int main()
{
	A<> a;
	return 0;
}

二、模板的特化

2.1 特化的概念

在模板类中，我们可以借助类型参数实现任意类型的大小比较：

cpp 复制代码

template<class T>
class Great
{
public:
	bool operator()(T n1, T n2)
	{
		return n1 > n2;
	}
};

class Date
{
public:
	Date(int year = 2000, int month = 8, int day = 10)
		:year(year),
		month(month),
		day(day)
	{}

	bool operator>(const Date& date)
	{
		//实现了日期比较的逻辑...
		if (year > date.year)
		{
			return true;
		}
		else if (year == date.year)
		{
			if (month > date.month)
			{
				return true;
			}
			else if (month == date.month)
				return day > date.day;
		}

		return false;
	}
private:
	int year;
	int month;
	int day;
};

int main()
{
	Great<Date> great;
	Great<Date*> pgreat;

	Date d1(2005, 10, 21);
	Date d2(2005, 10, 11);

	cout << great(d2, d1) << endl;//比较成功

	Date* dd1 = &d1;
	Date* dd2 = &d2;

	cout << pgreat(dd2, dd1) << endl;//比较失败，比较的是地址


	return 0;
}

但是当比较的类型变成指针的时候，我们会发现结果不符合我们的预期。原因是当类型为指针的时候，比较的逻辑是地址的大小，而不是指针指向的对象的大小关系。如果想解决这种问题，就需要用到特化。特化就是：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

要求：

必须有一个现有的函数模板。

关键字template后面接一对空的尖括号<>。

函数名字后跟一对尖括号<>，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。

例如：
cpp 复制代码
template<class T>
bool Great(T left, T right)
{
	return left > right;
}

//对Great函数模板进行特化
template<>
bool Great<Date*>(Date* left, Date* right) //left，right和模板函数的基础参数类型完全相同
{
	return *left > *right;
}
这样一来，当模板参数为Date指针类型的时候，比较逻辑就会按照特化后的方式进行比较。

2.3 类模板特化

2.3.1 全特化

全特化就是将类模板中的所有参数都特化。

cpp 复制代码

template<class T>
class Great
{
public:
	bool operator()(T n1, T n2)
	{
		return n1 > n2;
	}
};

template<class T>
class Great<T*>
{
public:
	bool operator()(T* n1, T* n2)
	{
		return *n1 > *n2;
	}
};

2.3.2 偏特化

偏特化就是任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本。共有两种形式：

假设有以下类：

cpp 复制代码

template<class T1, class T2>
class C
{
private:
	T1 data1;
	T2 data2;
};

对于模板参数进行部分特化：

cpp 复制代码

template<class T1>
class C<T1,int>//将第二个参数特化为int
{
public:
	C() { cout << "C()(T1 int)" << endl; }
private:
	T1 data1;
	int data2;
};

对于模板参数进行进一步的限制，比如：

cpp 复制代码

template<class T1, class T2>
class C<T1*, T2*>  //指针特化
{
public:
	C() { cout << "C()(T1* T2*)" << endl; }
private:
	T1 data1;
	T2 data2;
};

cpp 复制代码

template<class T1, class T2>
class C<T1&, T2&> //引用特化
{
public:
	C() { cout << "C()(T1& T2&)" << endl; }
private:
	T1 data1;
	T2 data2;
};

cpp 复制代码

template<class T1, class T2>
class C<T1*, T2&>  //指针 + 引用特化
{
public:
	C() { cout << "C()(T1* T2&)" << endl; }
private:
	T1 data1;
	T2 data2;
};

cpp 复制代码

int main()
{
	C<char, int> c1;	//调用<T1, int>特化
	C<int*, int*> c2;	//调用<T1*, T2*>特化
	C<int&, int&> c3;	//调用<T1&, T&>特化
	C<int*, int&> c4;	//调用<T1*, T2&>特化
	return 0;
}

三、模板的分离编译

3.1 分离编译

在工程中，一般会将头文件（.h）、函数实现文件（.cpp）、测试文件（.cpp）分为三个文件来进行管理。头文件进行函数的声明，函数实现文件定义函数的具体实现过程，测试文件中有main函数，进行测试。而编译器将会对除头文件以外的文件 进行编译（之所以不编译头文件，是因为其他文件中包含了头文件），形成目标文件（.obj）。再将这些编译后的文件进行链接处理，形成可执行程序(.exe)。

3.2 模板不能分离编译的原因

每个文件在进行编译后，会附带一个符号表 ，方便链接器在其中寻找相应的函数名 和函数地址。如果模板分离在两个文件中进行声明和定义：

这种情况下，编译器会去之前包含的头文件中（Text.h）去寻找该函数的定义，但头文件中只有函数的声明，没有函数的定义，所以编译器无法实例化该函数。由于无法实例化该函数，所以编译器无法生成具体的函数调用指令，也就没有办法为这个函数分配地址。故该函数并没有在该文件的符号表中，编译器链接时在不同文件的符号表中查找Add函数的时候，就会找不到这个函数，生成链接错误。

3.3 解决方法

问题出现的原因是没有实例化相应的模板参数，那么只要在函数具体实现的位置实例化函数就可以解决问题：

但是这样非常不方便，每用一个类型就要实例化一次。建议直接在头文件中进行声明和定义，其他文件直接包头文件就好了。这样编译器就能够向上寻找到头文件中的函数定义，进行相应的实例化。