<模板进阶>——《C++高阶》

目录

1. 非类型模板参数

2. 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

2.3.3 类模板特化应用示例

3 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

后记:●由于作者水平有限,文章难免存在谬误之处,敬请读者斧正,俚语成篇,恳望指教!

                                                                       ——By 作者:新晓·故知


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

类型模板参数:虚拟类型

非类型模板参数:常量

namespace byte
{
	// 定义一个模板类型的静态数组
	template
	class array
	{
	public:
		T& operator[](size_t index) { return _array[index]; }
		const T& operator[](size_t index)const { return _array[index]; }

		size_t size()const { return _size; }
		bool empty()const { return 0 == _size; }

	private:
		T _array[N];
		size_t _size;
	};
}
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 <模板进阶>——《C++高阶》_第1张图片
<模板进阶>——《C++高阶》_第2张图片

 


template
class Stack
{
private:
	T _a[N];
	int _top;
};
int main()
{
	Stack st1;    //指定大小为100
	Stack st2; //指定大小为500

	return 0;
}

<模板进阶>——《C++高阶》_第3张图片

栈很小,堆很大,vector在堆上,array在栈上。

array(封装过得原生数组即operator[ ])与原生数组(例:int arr[ ])相比较,array能严格检查越界。实际中,使用vector更方便。<模板进阶>——《C++高阶》_第4张图片

注:非类型模板参数主要是整型。 

2. 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

// 函数模板 -- 参数匹配
template
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;
}
<模板进阶>——《C++高阶》_第5张图片 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类模板特化 <模板进阶>——《C++高阶》_第6张图片

<模板进阶>——《C++高阶》_第7张图片 

// 函数模板 -- 参数匹配
template                             //实例化
bool Less(T left, T right)
{
	return left < right;
}
// 特化:针对特殊类型所进行特殊化的实现方式
template<>                                    //未完全实例化
bool Less(Date* left, Date* right)
{
	return *left < *right;
}
bool Less(Date* left, Date* right)             //直接匹配
{
	return *left < *right;
}
int main()
{
	cout << Less(1, 2) << endl; // 可以比较,结果正确
	Date d1(2022, 7, 30);
	Date d2(2022, 8, 1);
	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;
}

 

2.2 函数模板特化

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。
// 函数模板 -- 参数匹配
template
bool Less(T left, T right) 
{
	return left < right;
}
// 对Less函数模板进行特化
template<>
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;
}
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。
bool Less(Date* left, Date* right) 
{
 return *left < *right; 
}

该种实现简单明了,代码的可读性高,容易书写,因为对于一些参数类型复杂的函数模板,特化时特别给出,因此函数模板不建议特化。

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。
template
class Data
{
public:
	Data() { cout << "Data" << endl; }
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};
template<>
class Data 
{
public:
	Data() { cout << "Data" << endl; }
private:
	int _d1;
	char _d2;
};
void TestVector()
{
	Data d1;
	Data d2;
}

<模板进阶>——《C++高阶》_第8张图片

 

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:
template
class Data
{
public:
	Data() { cout << "Data" << 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 Data 
{
public:
 Data() {cout<<"Data" <
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 
class Data 
{
public:
	Data() { cout << "Data" << endl; }

private:T1 _d1;
	   T2 _d2;
};
//两个参数偏特化为引用类型
template 
class Data 
{
public:
	Data(const T1& d1, const T2& d2)
		: _d1(d1)
		, _d2(d2)
	{
		cout << "Data" << endl;
	}

private:
	const T1& _d1;
	const T2& _d2;
};
void test2()
{
	Data d1; // 调用特化的int版本
	Data d2; // 调用基础的模板 
	Data d3; // 调用特化的指针版本
	Data d4(1, 2); // 调用特化的指针版本
}


 

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
#include 
template
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 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());
	vector 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());
	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
{
 bool operator()(Date* x, Date* y) const
 {
 return *x < *y;
 }
};

<模板进阶>——《C++高阶》_第9张图片

<模板进阶>——《C++高阶》_第10张图片 

#include
#include 
template
struct Less
{
	bool operator()( T& x,  T& y) const
	{
		return x < y;
	}
};
// 对Less类模板按照指针方式特化
template<>
struct Less
{
	bool operator()(Date* x, Date* y) const
	{
		return *x < *y;
	}
};
//偏特化:对于int*、double*、float*等处理
template
struct Less
{
	bool operator()(T* x, T* y) const
	{
		return *x < *y;
	}
};
int main()
{
	Date d1(2022, 7, 7);
	Date d2(2022, 7, 6);
	Date d3(2022, 7, 8);
	vector v1;
	v1.push_back(d1);
	v1.push_back(d2);
	v1.push_back(d3);
	for (auto e : v1)
	{
		cout << e ;
	}
	cout << endl;
	// 可以直接排序,结果是日期升序
	sort(v1.begin(), v1.end(), Less());
	for (auto e : v1)
	{
		cout << e ;
	}
	cout << endl;
	vector v2;
	v2.push_back(&d1);
	v2.push_back(&d2);
	v2.push_back(&d3);
	for (auto e : v2)
	{
		cout << e << endl;
	}
	cout << endl;
	// 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());
	for (auto e : v2)
	{
		cout << e << endl;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

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

<模板进阶>——《C++高阶》_第11张图片

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。
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。

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
2. 增强了代码的灵活性
【缺陷】
1. 模板会导致代码膨胀问题,也会导致编译时间变长
2. 出现模板编译错误时,错误信息非常凌乱,不易定位错误

后记:
●由于作者水平有限,文章难免存在谬误之处,敬请读者斧正,俚语成篇,恳望指教!

                                                                       ——By 作者:新晓·故知

 

你可能感兴趣的