模板进阶
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模板进阶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 2.4.类模板特化示例 3、模板总结
1、非类型模板参数
模板参数分类类型形参与非类型形参。类型模板参数：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。非类型模板参数：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。假设我要实现一个静态数组，这里就需要用到非类型模板参数。
namespace static_array{// 定义一个模板类型参数的静态数组template <class T, size_t N = 10> // N:非类型模板参数class array{public:T& operator[](size_t index){return _array[index];}const T& operator[](size_t index) const{return _array[index];}const size_t size() const {return _size;}bool empty() const{return 0 == _size;}private:T _array[N]; // 利用非类型模板参数指定静态数组的大小size_t _size;};}如果我现在想指定实例化对象中创建数组的大小，那么就需要借助非类型模板参数来完成：
int main(){array<int, 10> a1; //定义一个大小为10的静态数组cout << a1.size() << endl; //10array<int, 100> a2; //定义一个大小为20的静态数组cout << a2.size() << endl; //20return 0;}这里非类型模板参数在C语言中是通过宏来实现的，只不过宏不能使多个对象指定大小，宏只能统一更改大小，具有单一性，这里C++的非类型模板参数刚好可以解决这一问题。
注意：
1、浮点数、类对象以及字符串（字符型可以）是不允许作为非类型模板参数的（只能是整型int、short、char……）。2、非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。3、非类型模板参数给出的值为常量，意味着不能修改：
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, 3) << endl; // 可以比较，结果正确Date d1(2023, 1, 1);Date d2(2024, 1, 1);cout << Less(d1, d2) << endl; // 可以比较，结果正确 /*Date* p1 = new Date(2023, 1, 1);Date* p2 = new Date(2024, 1, 1);*/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大多数情况下都可以正常比较，但是在特殊场景下（比如上面比较地址）就得到错误的结果。上述示例中，p1指向值显然大于p2指向的值，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，我p1和p2都是new出来的，无法确定是谁先new的，也就无法判断大小，导致错误。
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：
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;}// 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;};// 全特化template<>class Data<int, char>{public:Data() { cout << "Data<int, char>" << endl; }private:int _d1;char _d2;};int main(){Data<int, int> d1; // Data<T1, T2>Data<int, char> d2; // Data<int, char>Data<int, double> d3; // Data<T1, T2>return 0;}全特化是要参数均匹配才能调用全特化，否则调用默认的模板。
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。
template<class T1, class T2>class Data{public:Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }}; //全特化：template<>class Data<int, double>{public:Data() { cout << "Data<int, double>" << endl; }}; //半特化/偏特化template <class T1>class Data<T1, char>// 将第二个参数特化为char{public:Data() { cout << "Data<T1, char>" << endl; }private:T1 _d1;int _d2;}; int main(){Data<int, int> d1;//Data<T1, T2> 普通Data<int, double> d2;//Data<int, double> 全特化Data<char, double> d3;//Data<T1, T2> 普通//只要第二个参数为char都会匹配半特化（偏特化）Data<int, char> d4;//Data<T1, char> 偏特化Data<char, char> d5;//Data<T1, char>偏特化}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 T1, class T2>class Data{public:Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }}; //全特化：template<>class Data<int, double>{public:Data() { cout << "Data<int, double>" << endl; }}; //半特化/偏特化template <class T1>class Data<T1, char>// 将第二个参数特化为char{public:Data() { cout << "Data<T1, char>" << endl; }}; //两个参数偏特化为指针类型template <class T1, class T2>class Data <T1*, T2*>//只要你T1和T2是指针，就走这里{public:Data() { cout << "Data<T1*, T2*>" << endl; };};int main(){Data<int, int> d1;//Data<T1, T2> 普通Data<int, double> d2;//Data<int, double> 全特化Data<char, double> d3;//Data<T1, T2> 普通//只要第二个参数为char都会匹配半特化（偏特化）Data<int, char> d4;//Data<T1, char> 偏特化Data<char, char> d5;//Data<T1, char>偏特化 //两个参数为指针 Data<int*, int*> d6;//Data<T1*, T2*>Data<int*, string*> d7;//Data<T1*, T2*> //只有一个参数是指针不算Data<int*, int> d8;//Data<T1, T2>Data<int*, char> d9;//Data<T1, char>}两个参数偏特化为引用类型：
template<class T1, class T2>class Data{public:Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }};//全特化：template<>class Data<int, double>{public:Data() { cout << "Data<int, double>" << endl; }}; //半特化/偏特化template <class T1>class Data<T1, char>// 将第二个参数特化为char{public:Data() { cout << "Data<T1, char>" << endl; }}; //两个参数偏特化为指针类型template <class T1, class T2>class Data <T1*, T2*>//只要你T1和T2是指针，就走这里{public:Data() { cout << "Data<T1*, T2*>" << endl; };}; //两个参数偏特化为引用类型template <class T1, class T2>class Data <T1&, T2&>//只要你T1和T2是指针，就走这里{public:Data() { cout << "Data<T1&, T2&>" << endl; };};int main(){Data<int, int> d1;//Data<T1, T2> 普通Data<int, double> d2;//Data<int, double> 全特化Data<char, double> d3;//Data<T1, T2> 普通//只要第二个参数为char都会匹配半特化（偏特化）Data<int, char> d4;//Data<T1, char> 偏特化Data<char, char> d5;//Data<T1, char>偏特化 //两个参数为指针 Data<int*, int*> d6;//Data<T1*, T2*>Data<int*, string*> d7;//Data<T1*, T2*> //只有一个参数是指针不算Data<int*, int> d8;//Data<T1, T2>Data<int*, char> d9;//Data<T1, char> //两个参数为引用Data<int&, char&> d10;//Data<T1&, T2&>Data<int, char&> d11;//Data<T1, T2> //指针引用混用，调用的是普通的 Data<int*, char&> d12;//Data<T1, T2>}2.4.类模板特化示例
全特化运用场景：#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;}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，再运行上述代码，就可以得到正确的结果。
偏特化运用场景：#include<vector>#include <algorithm>template<class T>struct Less{bool operator()(const T& x, const T& y) const{return x < y;}};// 对Less类模板按照指针方式特化//全特化template<>struct Less<Date*>{bool operator()(Date* x, Date* y) const{return *x < *y;}};//偏特化template<class T>struct Less<T*>//只要你是指针，都走我{bool operator()(T* x, T* y) const{return *x < *y;}};int main(){//偏特化运用场景vector<int*> v3;v3.push_back(new int(3));v3.push_back(new int(1));v3.push_back(new int(2));sort(v3.begin(), v3.end(), Less<int*>());return 0;}3、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点：
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