【C++】模板进阶

最新推荐文章于 2025-12-21 00:03:36 发布

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本文详细介绍了C++中的模板知识，包括非类型模板参数的使用，允许用常量作为模板参数来创建不同大小的对象，如Array<T,N>。接着讨论了模板特化，特别是函数模板和类模板的特化，用于处理特定类型的情况，例如函数模板中比较指针时的问题。类模板的全特化和偏特化提供了对模板参数的进一步定制。文章总结了模板的优点，如代码复用和灵活性，但也指出其可能导致代码膨胀和编译错误难以调试的缺点。

之前我们已经了解了模板的定义和使用，今天我们来学习模板更加深层次的知识内容，辅助我们像后面更好的学习！

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<T> 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

vector<int> v; list<int> ls;

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：
template<class T, size_t N>
class Array
{
private:
	T _a[N];
};

int main()
{
	Array<int, 10> a1;        // 10
	Array<double, 1000> a2;     // 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：

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;
}
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。

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

template<>
bool Less<Date*>(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。

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:

//这里只是为了更加方便观看结果
 Data() {cout<<"Data<int, char>" <<endl;}

private:
 int _d1;
 char _d2;
}

int main()
{
  Data<int, int> d1;
  Data<int, char> d2;
}

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：

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

//偏特化
// 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;
};

//对参数的进一步限制
//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;
};

//对参数的进一步限制
//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
}