1.非类型模板参数
之前所使用的模板参数都是用来匹配不同的类型,如 int
、double
、Date
等,模板参数除了可以匹配类型外,还可以匹配常量(非类型)
我们知道模板参数分为 : 类型形参 与 非类型形参
类型模板形参 : 出现在模板参数列表中,跟在 class 或者 typename 类之后的参数类型名称。
template <class T> // T 为模板参数中的 ---------- 类型模板形参
非类型模板形参 : 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。
template <size_t N> // N 为模板参数中的 ------- 非类型模板形参
注:非类型模板参数必须为常量,即在编译阶段确定值
1.1用 类型模板形参和 非类型模板形参构建泛型、大小可自定义 的数组
template<class T, size_t N>class arr{public: T& operator[](size_t pos){assert(pos >= 0 && pos < N);return _arr[pos];}size_t size() const{return N;} private:int _arr[N];//创建大小为 N 的整型数组}; int main(){arr<int , 10> a1; // 大小为 10arr<double , 20> a2; // 大小为 20arr<char , 100> a3; // 大小为 100 // 输出它们的 类型cout << typeid(a1).name() << endl;cout << typeid(a2).name() << endl;cout << typeid(a3).name() << endl;}
1.2非类型模板参数的使用规则
非类型模板参数要求类型为 整型家族,其他类型是不行的
//整型家族(部分)template<class T, int N>class arr1 { /*……*/ }; template<class T, long N>class arr2 { /*……*/ }; template<class T, char N>class arr3 { /*……*/ };
因此可以总结出,非类型模板参数 的使用要求为
只能将 整型家族 类型作为非类型模板参数,其他类型不在标准之内非类型模板参数必须为常量(不可被修改),且需要在编译阶段确定结果
整型家族:char
、short
、bool
、int
、long
、long long
等
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<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;}
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与类模板特化。
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<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;}
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 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;}; //全特化void TestVector(){ Data<int, int> d1; Data<int, char> d2; //走全特化}
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 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:
1.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inttemplate <class T1> class Data<T1, int>{public: Data() {cout<<"Data<T1, int>" <<endl;}private: T1 _d1; int _d2;};
2.参数更进一步的限制
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}
2.3.3 类模板特化应用示例
#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;}
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; }};
3 模板分离编译
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.htemplate<class T>T Add(const T& left, const T& right);// a.cpptemplate<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;}
分析:
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。