模板特例化

最新推荐文章于 2026-01-07 11:46:22 发布

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#c++

模板特化（Template Specialization）

模板特化允许开发者为特定类型或类型组合提供专门的实现。当通用模板无法满足特定需求时，特化模板可以调整行为以处理特定的情况。C++ 支持全特化（Full Specialization）*******_和__***_偏特化（Partial Specialization），但需要注意的是，函数模板不支持偏特化，只能进行全特化

类模板的特例化

类模板全特化

template<typename T>  
class Printer {  
public:  
    void print(const T& obj) {  
        std::cout<<"General Printer "<<obj<<std::endl;  
    }  
};  
  
template<>  
class Printer<std::string> {  
public:  
    void print(const std::string& obj) {  
        std::cout<<"String Printer "<<obj<<std::endl;  
    }  
};

类模板偏特化

template<class T, class U>  
class Pair {  
public:  
    T first;  
    U second;  
    void print_pair() {  
        std::cout<<first<<" "<<second<<std::endl;  
    }  
};
template<typename T, typename U>  
class Pair<T, U*> {  
public:  
    T first;  
    U* second;  
    void print() {  
        std::cout<<first<<" "<<*second<<std::endl;  
    }  
};

调用实例

double temp = 1.1;  
Pair<int, double*> pair(20, &temp);  
pair.print();

编译器会优先匹配特例化的模板，再匹配普通模板，如果这里没有实现这个特例化，传指针会打印这个指针指向的地址。

函数模板的特例化

与类模板不同，函数模板不支持偏特化，只能进行全特化。当对函数模板进行全特化时，需要显式指定类型。
代码实例

template<typename T>  
void printValue(const T& obj) {  
    std::cout<<"General Printer "<<obj<<std::endl;  
}  
  
template<>  
inline void printValue<std::string>(const std::string& value) {  
    std::cout<<"String Printer "<<value<<std::endl;  
}  
  
template<>  
inline void printValue<int*>(int* const& value) {  
    std::cout<<"int* Printer "<<*value<<std::endl;  
}

需要注意的问题

一、这里不加inline会报错重定义
在 C++ 中，模板（包括特化模板）的实现代码如果直接写在头文件（.h）中，且该头文件被多个 .cpp 文件包含，会导致编译器在每个 .cpp 中都生成一份函数定义，最终链接时出现 “重复定义” 冲突。

解决方案

将特化函数标记为 inline

在函数前加 inline，强制编译器合并重复定义：

template<>
inline void printValue<std::string>(const std::string& value) {
    std::cout << "String Printer " << value << std::endl;
}

将特化实现放在 .cpp 文件中

头文件中仅声明特化，实现写在对应的 .cpp（如 template.cpp）中：

// 头文件 template.h
template<> void printValue<std::string>(const std::string& value);

// 实现文件 template.cpp
#include "template.h"
template<>
void printValue<std::string>(const std::string& value) {
    std::cout << "String Printer " << value << std::endl;
}

二、为什么写int* const&
模板原声明是 void printValue(const T& obj)，当 T=int* 时：

const T& 等价于 int* const&（“指向 int 的指针的常量引用”），而非 const int*&（“指向常量 int 的指针的引用”）。

如果你的实际需求是接收 “指向常量 int 的指针”，则应将特化的 T 定义为 const int*，此时 const T& 等价于 const int* const&，特化代码如下：

// 特化 T=const int*
template<>
inline void printValue<const int*>(const int* const& value) {
    std::cout << "const int* Printer " << *value << std::endl;
}

变参模板（Variadic Templates）

变参模板允许模板接受可变数量的参数，提供极高的灵活性，是实现诸如 std::tuple、std::variant 等模板库组件的基础。

定义与语法

变参模板使用 参数包（Parameter Pack），通过 ...语法来表示。
语法：

template <typename... Args>

class MyClass { /* ... */ };

  

template <typename T, typename... Args>

void myFunction(T first, Args... args) { /* ... */ }

变参模板实现方法

一、递归实现

inline void printAll() {  
    std::cout<<std::endl;  
}  
  
template<typename T,typename... Args>  
inline void printAll(const T& first, Args... args) {  
    std::cout<<first<<" ";  
    printAll(args...);  
}

无参版本：作为递归的终止条件，仅输出一个换行；
变参模板版本：接收 “第一个参数 + 剩余参数包”，先打印第一个参数，再递归调用自身处理剩余参数，直到参数包为空，触发无参版本

二、折叠表达式（C++17以后）

template<typename... Args>  
void coutAll(const Args&... args) {  
    ((std::cout<<args<<" "), ...);  
    std::cout<<std::endl;  
}

折叠表达式 ((std::cout<<args<<" "), ...)

语法解析：
- ... 是折叠运算符，作用是 “展开参数包args”；
- 外层()是折叠表达式的语法要求，内层()是逗号表达式的要求；
- 逗号运算符,的特性：按顺序执行左侧表达式，最终返回右侧表达式结果（这里只利用 “顺序执行” 的特性，忽略返回值）。
执行过程（以coutAll(10, 3.14, "hello")为例）：

表达式会被编译器展开为：
```
(std::cout<<10<<" "), (std::cout<<3.14<<" "), (std::cout<<"hello"<<" ");
```
即依次执行每个参数的打印操作，实现参数包的遍历。

折叠表达式示例

template<typename... Args>  
auto sumAll(Args... args)->decltype((args + ...)) {  
    return (args + ...);  
}

decltype可以理解为 “类型探测器”：给它一个表达式，它能精准返回这个表达式的类型，哪怕是复杂的、无法手动写出来的类型（比如模板推导的类型、函数返回值类型），decltype的核心是编译期推导表达式的原始类型，保留const、引用、指针等所有属性。

当函数返回值类型依赖于参数类型，且无法用auto直接推导时，decltype能精准匹配。