【C++初阶学习】C++模板进阶

【C++初阶学习】C++模板进阶

  • 零、前言
  • 一、非模板类型参数
  • 二、模板特化
    • 1、函数模板特化
    • 2、类模板特化
      • 1)全特化
      • 2)偏特化
  • 三、模板分离编译
  • 四、模板总结

零、前言

本章继C++模板初阶后进一步讲解模板的特性和知识

一、非模板类型参数

  • 分类:

模板参数分类类型形参与非类型形参

  • 概念:
  1. 类型形参:

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

  1. 非类型形参:

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

  • 示例:
namespace cole
{
	// 定义一个模板类型的静态数组
	template<class T, size_t N = 10>
	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

二、模板特化

  • 概念:

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

  • 示例:
template<class T>
bool IsEqual(const T& left, const T& right)
{
	return left == right;
}
// 函数模板的特化 (针对某些类型的特殊化处理)
//bool IsEqual(const char* const & left,const char* const & right)
bool IsEqual(const char* left, const char* right)
{
	return strcmp(left, right) == 0;
}
int main()
{
	cout << IsEqual(1, 2) << endl;
	char p1[] = "hello";
	char p2[] = "hello";
	cout << IsEqual(p1, p2) << endl;;
	return 0;
}
  • 特殊化结果:
image-20220102174246490
  • 不做特殊化结果:
image-20220102174324473

注:此时对于字符串比较就需要对模板进行特化(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)

  • 特化分类:

函数模板特化类模板特化

1、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

  • 示例:

template<class T>
bool IsEqual(const T left, const T right)
{
	return left == right;
}
template<>
bool IsEqual<char*>(char* left,char* right)
{
	if (strcmp(left, right) == 0)
		return true;
	return false;
}
  • 结果:
image-20220102175925378

注: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

  • 示例:
bool IsEqual(char* left, char* right)
{
	if (strcmp(left, right) == 0)
		return true;
	return false;
}

2、类模板特化

1)全特化

  • 概念:

全特化即是将模板参数列表中所有的参数都确定化

  • 示例:
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;
}

2)偏特化

  • 概念:

任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本

  • 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

  • 示例:
// 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;
};
  1. 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

  • 示例:
//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
}

三、模板分离编译

  • 分离编译概念:

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

  • 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

  • 示例:
// 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;
}

注:以上代码的模板分离编译会报错

  • 分析:
image-20220102180953843
  • 解决方法

    1. 将声明和定义放到一个文件 “xxx.hpp” (h文件和cpp文件结合)里面或者xxx.h其实也是可以的(推荐)

    2. 模板定义的位置显式实例化(不实用)

四、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(为了尽量减少此类问题,编译器会按需实例化)
  2. 出现模板编译错误时,错误信息非常凌乱,不易定位错误
  3. 不支持分离编译

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