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【C++】模板进阶

发布时间:2023-06-29 13:00:29

1.非类型模板参数

模板参数分为: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 。

为什么C++中,当定义一个vector时,我们可以通过显式实例化里面不同的类型,来产生不同的对象呢?当然是有模板的原因,所以模板起到了至关重要的原因。这类模板参数叫做:类型参数

vectorv;   listls;

那么如果有一个场景,我们要定义一个静态数组,能够传不同的模板参数,进而每次得到不同大小的数组应该怎么办呢?

那么此时就出现了 :非类型的模板参数。

一个例子带你了解:

  templateclass Array { private:  T _a[N]; };  int main() {  Arraya1; // 10  Arraya2; // 1000   return 0; }

   

在这种情况下,就需要非类型模板参数的应用,不需要浪费空间,只需要再加一个非类型模板参数,就可以通过改变传的模板参数,而实例化出不同的对象。


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,一般就是整型。

2. 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

2. 模板的特化

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,所以需要特殊处理,叫做模板的特化。

2.1.函数模板的特化

举例说明:

templatebool 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; }

   

实现一个比较的函数模板,对于内置类型的比较,结果正确;


自定义类型(日期类)的比较,其内部有实现<这个运算符重载,结果也正确


但是对于p1,p2相比较,结果却不对,这是为什么???



那当然是因为:首先p1,p2都是日期类对象的地址,他们传过去的是地址之间的相互比较,只会比较他们的地址谁大谁小,不会解引用去比较内部的日期值的大小,这才是问题所在!!



所以对于这种需要特殊处理的情况,我们就有模板的特化来处理!


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。

templatebool Less(T left, T right) {  return left < right; }  template<> bool Less(Date* left, Date* 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; }

   

这样的话,我们就可以很容易的把这个特殊情况比较出来了。

但是因为我们知道函数有函数重载,当函数模板特化出现错误的时候,会导致不必要的麻烦,所以,一般我们遇到特殊情况的时候,会直接函数重载出那个特殊情况!

 

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。

2.2类模板特化

函数模板特化可以函数重载替代,但是类模板可不能重新再写一个。


2.2.1 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。

这里举例说明,并不完全写出类中所有功能。

templateclass Data { public:  Data() {cout<<"Data" <<endl;} private:  T1 _d1;  T2 _d2; };  template<> class Data{ public:  //这里只是为了更加方便观看结果  Data() {cout<<"Data" <<endl;}  private:  int _d1;  char _d2; }  int main() {  Datad1;  Datad2; }

   

我们可以看得出,当某种类型需要特殊化处理,我们可以写类模板的特化,来决定这个特化的类模板中的具体功能实现。(当然与原模版实现功能不同)


2.2.3 偏特化

偏特化(半特化):任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本。

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;

下面我们一起看这两种具体的偏特化方式:

templateclass Data { public:  Data() {cout<<"Data" <<endl;} private:  T1 _d1;  T2 _d2; };  //偏特化 // 将第二个参数特化为int templateclass Data{ public:  Data() {cout<<"Data" <<endl;} private:  T1 _d1;  int _d2; };  //对参数的进一步限制 //两个参数偏特化为指针类型 templateclass Data{ public:  Data() {cout<<"Data" <<endl;}  private: T1 _d1;  T2 _d2; };  //对参数的进一步限制 //两个参数偏特化为引用类型 templateclass 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 () {  Datad1; // 调用特化的int版本  Datad2; // 调用基础的模板  Datad3; // 调用特化的指针版本  Datad4(1, 2); // 调用特化的指针版本 }

   

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

我们下期再见!



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