C++ 模板补充

模板进阶补充

1.非类型模板参数

模板参数分为类型形参和非类型形参。

类型形参，即出现在模板参数列表中，跟在class或typename之后的参数类型名称

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作常量来使用。

template<size_t N = 1>
class stack {
private:
    int _a[N];
};
int main() {
    stack<5> s1;
    stack<10> s2;
    return 0;
}

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便能一起就能确认结果。

2.模板的特化

指的是对于特殊类型的模板进行特殊处理，区别于原主模版

2.1函数模板特化

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

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：必须要和函数模板的基础参数类型完全相同，否则可能会报错（带const时）

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;
}

2.2 类模板特化

函数模板只能实现全特化，禁止偏特化。因为函数重载已经实现了对应的功能。

2.2.1全特化

全特化指将模板参数列表中所以的参数都确定化。

template<class T1, class T2>
class Data
{
private:
    T1 _d1;
    T2 _d2;
};
template<>
class Data<int, char>
{
private:
    int _d1;
    char _d2;
};

2.2.2偏特化

// 主模板
template<class T1, class T2>
class Data{
private:
    T1 _d1;
    T2 _d2;
};

偏特化有两种表现形式：

• 部分特化：将模板板参数列表中的一部分参数特化。

// 将第二个参数特化为int
template <class T1>
class Data<T1, int>{
private:
	T1 _d1;
	int _d2;
};

• 参数更进一步的限制

//两个参数偏特化为指针类型
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1*, T2*>{
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 test()
{
    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
}

注意：非类型模板参数也可以特化

3.模板分离编译

3.1编译链接

func.h func.cpp main.cpp

1. 预处理：头文件展开/宏替换/条件编译/去掉注释，生成func.i 和 main.i

2. 编译：检查语法，生成汇编代码，生成func.s 和 main.s

3. 汇编：汇编代码转换二进制机器码，生成func.o 和 main.o（.obj目标文件）

4. 链接：目标文件合并在一起生成可执行程序（.exe或a.out），并且把需要的函数地址等链接上

3.2模板的分离编译

简单来说，模板并非普通代码，它需要在编译时根据具体实例化类型生成具体代码，而分离编译（.h 和.cpp 分开）可能导致编译器无法获取生成代码所需的全部信息，从而引发报错。

3.3解决办法

3.3.1在.cpp文件中显式实例化

在模板定义所在的.cpp 文件中，明确指定需要实例化的类型，强制编译器生成对应代码。

#include "func.h"
template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right) {
    return left + right;
}

template int Add(const int& left, const int& right);
template double Add(const double& left, const double& right);

但这种方法很麻烦，不推荐使用。

3.3.2在.h文件中定义模板

在.h文件中定义模板，用的地方直接有定义，直接实例化

#ifndef FUNC_H
#define FUNC_H

using namespace std;
template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right) {
    return left + right;
}
#endif //FUNC_H