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。
// 静态数组
// 非类型模板参数 -- 常量
// class T ==> 类型形参
// size_t N ==> 非类型形参
template<class T, size_t N>
class Array
{
private:T _a[N];
};
// case 1：
int main()
{Array<int, 10> a1; // 10Array<double, 1000> a2; // 1000return 0;
}
// case2：
// array的本质就是一个数组
int main()
{int a1[10];array<int, 10> a2;array<int, 100> a3;// c语言的数组// 对于越界的检查// 越界读不检查// 越界写 抽查cout << a1[10] << endl; // 越界，未检测出错误cout << a1[11] << endl; // 越界，未检测出错误// 分别测试，以下两个位置是否会被检测出错误// a1[10] = 0; // 越界，检测出错误a1[15] = 0; // 越界，未检测出错误// C++11 array// 对于c++ 越界是一定会被检测出错误的，无论是读还是写// 因为array是通过operator[]的重载来访问元素的(每一次都会进行判断，而不是抽查)，如果越界就会报警告cout << a2[10] << endl; cout << a2[11] << endl;// a2[10] = 0;// a2[15] = 0;return 0;
}
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。
// 错误示范
// case1: 用浮点数作为非类型模板参数
template<class T, double N>
void Func(const T& x)
{cout << N << endl;
}
// case2:
template<class T, size_t N>
void Func(const T& x)
{cout << N << endl;
}int main()
{int N = 100;// 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果// 此处只可以传常量，不可以传变量 NFunc<int, N>(1);return 0;
}2. 模板的特化
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
// 日期类
class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1): _year(year), _month(month), _day(day){}bool operator<(const Date& d) const{return (_year < d._year) ||(_year == d._year && _month < d._month) ||(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);}bool operator>(const Date& d) const{return (_year > d._year) ||(_year == d._year && _month > d._month) ||(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);}friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d){_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;return _cout;}private:int _year;int _month;int _day;
};
// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{return left < right;
}
int main()
{// 可以比较，结果正确cout << Less(1, 2) << endl; Date d1(2022, 7, 7);Date d2(2022, 7, 8);// 可以比较，结果正确(日期类内部重载了 < 和 > 操作符)cout << Less(d1, d2) << endl; Date* p1 = &d1;Date* p2 = &d2;// 可以比较，结果错误,下面有解释cout << Less(p1, p2) << endl; 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
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。
// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{return left < right;
}/*
注意：也可以直接给出函数重载来处理，而需要去对某些类型进行特殊处理
函数重载 和 函数模板的特化都是可以用的
bool Less(Date* left, Date* right)
{
return *left < *right;
}
*/
// 对Less函数模板进行特化
// 针对某些类型进行特殊处理 -- Date*
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;// 调用特化之后的版本，而不走模板生成了cout << Less(p1, p2) << endl; 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
// 普通版本
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }
private:T1 _d1;T2 _d2;
};
// 全特化版本
// 对Data类模板进行全特化
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：
// 普通版本
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl;}
private:T1 _d1;T2 _d2;
};
偏特化有以下两种表现方式：
- 部分特化：将模板参数类表中的一部分参数特化
// 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
//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; // 调用偏特化的int版本Data<int, double> d2; // 调用普通的模板 Data<int*, int*> d3; // 调用特化的指针版本Data<int&, int&> d4(1, 2); // 调用特化的引用版本
}
2.3.3 类模板特化应用示例
有如下专门用来按照小于比较的类模板Less：
#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);// 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);// 直接排序，结果错误// 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;
}
通过观察上述程序的结果发现，对于日期对象可以直接排序，并且结果是正确的。但是如果待排序元素是指针，结果就不一定正确。因为：sort最终按照Less模板中方式比较，所以只会比较指针，而不是比较指针指向空间中内容，此时可以使用类版本特化来处理上述问题
// 对Less类模板按照指针方式特化
template<>
struct Less<Date*>
{bool operator()(Date* x, Date* y) const{return *x < *y;}
};// 特化之后，在运行上述代码，就可以得到正确的结果
3 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：
// 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;
}
3.3 解决方法
-
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
// a.cpp
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}template class Add<int>; //模板实例化定义
4.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
- 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
