面向对象程序设计之模板进阶(C++)

在之前我出过一篇博客介绍了模版的初阶:面向对象程序设计(C++)模版初阶，接下来我们将进行模版的进阶学习，介绍关于更多模版的知识

1.非类型模版参数

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
非类型模版参数相较于宏更加灵活，array中就使用到了非类型模版参数，相当于静态数组，可以根据需要开辟指定大小的数组，array的好处就是可以对于越界检查很有效，并且在栈上开空间，比在堆上更加高效，栈上开空间是向下生长，从高地址到低地址

一般来说普通数组会在数组末尾设置标志位，如果标志位被改变就越界报错，所以一般对于读则不会越界警告，而写入数据会报错

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

cpp 复制代码

非类型模版
相比与宏更加灵活
只能用于整型，其他类型不可以,char/int/short/bool等整型
C++20支持double类型
template<size_t N>
class Stack
{
private:
	int _a[N];
	int _top;
};

int main()
{
	Stack<5> a1;
	Stack<10> a2;
	return 0;
}

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使用了非类型模版的结构
array:静态数组
对于越界检查很有效
在栈上开空间，比在堆上更加高效
栈上开空间是向下生长，从高地址到低地址

int main()
{
	//一般来说普通数组会在数组末尾设置标志位，如果标志位被改变就越界报错
	//所以一般对于读则不会越界警告，而写会
	int a[10] = { 0 };
	cout << a[11] << endl;
	a[11] = 1;

	//静态数组对于越界访问的读与写都会报错
	array<int, 10> b;
	cout << b[11] << endl;
	b[11] = 1;

	return 0;
}

2.模版的特化

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，比如：实现了一个专门用来进行小于比较的函数模板

注意：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
函数模板的特化步骤：

1. 必须要先有一个基础的函数模板

2. 关键字template后面接一对空的尖括号<>

3. 函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型

4. 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

特化
template<class T>
bool LessFun(const T& left, const T& right)
{
	return left < right;
}

特化
这里注意上面的const修饰的是left本身，所以下面特化的const需要在*右边
template<>
bool LessFun<Date*>(Date* const& left, Date* const& right)
{
	return *left < *right;
}

//推荐
bool LessFun(Date* const& left, Date* const& right)
{
	return *left < *right;
}

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

类模版特化
1.全特化
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 };
}

2.2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

cpp 复制代码

//2.半特化、偏特化
template<class T1>
class Data<T1, double>
{
public:
	Data() { cout << "Data<T1,double>" << endl };
};

//偏特化特殊类型
//传的类型是指针
template<class T1,class T2>
class Data<T1*, T2*>
{
public:
	Data() { cout << "Data<T1*,T2*>" << endl };
};

//传的是引用
template<class T1,class T2>
class Data<T1&, T2&>
{
public:
	Data() { cout << "Data<T1*,T2*>" << endl };
};

2.2.1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;
};

2.2.2参数更进一步限制

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

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;
};

//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.模版的分离编译

一般地，模版不建议声明与定义分离，如果使用的话有如下解决方法：

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

2. 模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，不推荐使用