C++初阶:模版的进阶使用

文章目录

1.非类型模板参数
2.用模版参数实现的数组
3.模板的特化

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。

这类模版的本质和#define的作用是一样的:

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。
非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

2.用模版参数实现的数组

先来看一下定义:

普通数组编译器对于越界读取不检查，越界写入只进行抽查

而array对越界检查更加严格，越界读写都可以检查

示例如下：

3.模板的特化

1.模版特化的概念

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

例如下面的例子：

cpp 复制代码

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;
}

这里可能错误的原因是：p1和p2没有指向d1和d2的内容，从而仅仅只进行地址的比较，导致在特殊情况下会出现错误

这时候就需要对函数模版和类模版进行特化

2.函数模版特化

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;
}
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;
}

cpp 复制代码

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;
//}

bool Less(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;
}

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。

3.类模板特化

3.1全特化

cpp 复制代码

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

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;
}

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;
};

// 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;
};

//两个参数偏特化为引用类型
template <class T1, class 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;
};

cpp 复制代码

int main()
{
	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; // 调用基础的模板
	Data<int&, int&> d4(1, 2); // 调用特化的指针版本
	return 0;
}

3.3.类模板特化实例

这里定义两个vector进行存放日期类,对日期类进行排序:

cpp 复制代码

#include<vector>
#include<algorithm>
template<class T>
struct Less
{
	bool operator()(const T& x, const T& y) const
	{
		return x < y;
	}
};
int main()
{
	Date d1(2022, 7, 7);
	Date d2(2022, 7, 6);
	Date d3(2022, 7, 8);
	vector<Date> v1;
	v1.push_back(d1);
	v1.push_back(d2);
	v1.push_back(d3);
	// 可以直接排序，结果是日期升序
	sort(v1.begin(), v1.end(), Less<Date>());
	vector<Date*> v2;
	v2.push_back(&d1);
	v2.push_back(&d2);
	v2.push_back(&d3);
	// 可以直接排序，结果错误日期还不是升序，而v2中放的地址是升序
	// 此处需要在排序过程中，让sort比较v2中存放地址指向的日期对象
	// 但是走Less模板，sort在排序时实际比较的是v2中指针的地址，因此无法达到预期
	sort(v2.begin(), v2.end(), Less<Date*>());
	return 0;
}

结果发现如果日期类直接比较结果是正确的,而如果进行引用就会出现结果错误的现象:

其原因仍然是因为对地址进行了排序,我们通过调试也可以发现此时的地址是按照升序进行排列的

此时将Less函数进行偏特化就可以让结果正确了

cpp 复制代码

template<>
struct Less<Date*>
{
	bool operator()(Date* x, Date* y) const
	{
		return *x < *y;
	}
};

4.模板分离编译

详细了解请参考: 为什么C++编译器不能支持对模板的分离式编译-CSDN博客

为什么不能将模版分离编译呢？

cpp 复制代码

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

其原因如下:

预处理: 头文件展开/宏定义/条件编译/去掉注释
编译: 检查语法,生成汇编代码
汇编: 汇编代码转换成二进制的机器码
链接: 目标文件在一起生成可执行程序,并且把需要的函数地址等链接上