C++模板进阶

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文章目录

• 前言
• 一.模板参数
• 二.模板的特化
• 三.类模板特化应用示例
• 四.模板分离编译
• 总结

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前言

距离上次发完已经有很长一段时间了，这次我们来讲解一下模板的一些进阶内容，其实就是一些补充的内容。

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一.模板参数

模板参数分类类型形参与非类型形参。

类型形：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。

template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
	return left < right;
}

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。

template<class T, size_t N = 10>
int Less(T left)
{
	return left+N;
}

非类型形参的用处

比如需要定义一个存在静态数组的模板的时候，就可以使用非类型形参，来进行实现

template<class T, size_t N = 10>
class array
{
public:
T& operator[](size_t index)
{
return _array[index];
}
size_t size()const
{
return _size;
}
bool empty()const
{
return 0 == _size;
}


private:
//定义
T _array[N];

size_t _size;
}；

二.模板的特化

2.1什么是特化

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。这个特殊处理的过程，就叫模板的特化，特化它又分为函数模板特化和类模板特化，类模板特化又分为全特化和偏特化，等下一一举例子讲解

我们现在举个例子，比如说我造了一个专门用来比较小于的函数模板，但是会存在一些情况，我无法通过这个模板来比较小于，那该怎么办呢？

2.2函数模板特化

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;
}

通过上面的那个案例，当我用指针去访问的时候，我之前的模板，他用的是地址去比较就无法达到预期，进而报出错误，所以就需要对模板进行特化，在原模板类的基础上，针对特殊类型进行特殊化的实现方式。

只需要加入特化即可

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

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。

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！！！(直接给出特殊情况的函数）

bool Less(Date* left, Date* right)
{
return *left < *right;
}

2.3类模板特化

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;
};

全部确定的就是全特化

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。

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。

2.参数限制：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。

部分特化

// 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;
};

参数限制

这个其实和函数模板参数的策划是一样的，只不过他是在类模板特化里给他做了一个区分，他的改法主要还是把参数重新去弄一个限制条件，而不去改变参数的类型，仅仅只是限制参数而已

template <typename T1, typename T2>
class Data <T1*, T2*>
{
public:
Data() {cout<<"Data<T1*, T2*>" <<endl;}
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};

三.类模板特化应用示例

那我们什么时候会用到类模板的特化呢？我们还是用一个日期类来举列子

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
	//排序正确
	sort(v1.begin(), v1.end(), Less<Date>());

	vector<Date*> v2;
	v2.push_back(&d1);
	v2.push_back(&d2);
	v2.push_back(&d3);
	//排序错误
	sort(v2.begin(), v2.end(), Less<Date*>());
	return 0;
}

v2中放的地址是升序，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，所以就要对less里面进行特化

// 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;
}
};

这样即可

四.模板分离编译

什么是分离编译

一个程序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。我们之前学的猜数字游戏技术是用了分离编译的实现模式。我们将函数的声明放在了ADD.h文件，将定义放到了ADD.cpp文件，在main.cpp文件中进行函数调用,这种现象就叫做分离编译。

//ADD.h
int Add(int x1,int x2);
 
 
 
//ADD.cpp
int Add(int x1,int x2)
{
    return x1+x2;
}
 
 
//main.cpp
int main()
{
  cout<<Add(1,2)<<endl;
  return 0;
}

 我们知道一个程序要运行起来的话，要走很多步骤:预处理->编译 ->汇编 ->链接 。                       

编译：首先，我们需要知道：每个模块即每个文件都是单独编译的，之间没有任何牵扯，在编译器编译main.cpp的时候，它并不知道Add函数的地址，所以它暂时把这些调用Add的指令的目标地址搁置，等待最后链接的时候由链接器去修正这个目标地址。

链接：链接器在链接的时候，会根据你所引用的符号Add，自动去相应的文件查找Add的地址，然后将所有引用到Add（我们这里指main.cpp文件）的指令进行修正，目标地址也就保存了真正的Add函数的地址。

函数模板只要被调用了才会进行实例化！！！

因此实例化的时候，需要有定义。倘若没有定义，就无法实例化。

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。

//ADD.h
template <class T>
T Add(T x1,T x2)
{
    return x1+x2;
}
 
 
//main.cpp
int main()
{
  cout<<Add(1,2)<<endl;
  return 0;
}

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。

//ADD.h
template <class T>
T Add(T x1,T x2);
template
int ADD<int>(int x1,int x2);
 
//ADD.cpp
template <class T>
T Add(T x1,T x2)
{
    return x1+x2;
}
 
 
//main.cpp
int main()
{
  cout<<Add(1,2)<<endl;
  return 0;
}

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总结：

这就是模板的全部内容了，我们接下来会对C++的一些特殊性质进行补充，继承与多态性质