C++：模板特化 非类型模板参数

目录

1.非类型模板参数

 2.模板特化

2.1 为什么需要模板特化

2.2 函数模板特化

2.3 类模板特化

1.全特化

2.偏特化

1.部分特化

 2.参数更进一步的限制

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1.非类型模板参数

模板参数分类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 。

我们可以创建一个模板类，其中包含一个非类型参数作为数组的大小，这样可以在编译时就确定数组的大小，而不是在运行时动态分配内存。 

#include<iostream>
using namespace std;
namespace wjc
{
	// 定义一个模板类型的静态数组
	template<class T, size_t N = 10>
	class array
	{
	public:
		T& operator[](size_t index) { return _array[index]; }
		const T& operator[](size_t index)const { return _array[index]; }

		size_t size()const { return _size; }
		bool empty()const { return 0 == _size; }

	private:
		T _array[N];
		size_t _size;
	};
}

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 必须在编译期就能确认结果。

 2.模板特化

2.1 为什么需要模板特化

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。

// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
	return left < right;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	int* p1 = &a;
	int* p2 = &b;
	cout << Less(p1, p2) << endl;
	return 0;
}

运行发现比较的并不是预想中的a<b  而是比较的两个指针的大小。

就 需要对模板进行特化。即：在原模板类的基础上，针对特殊类型所进行特殊化的实现方式 。模板特化中分为函数模板特化 与 类模板特化。

2.2 函数模板特化

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。

// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
	return left < right;
}
// 对Less函数模板进行特化
template<>
bool Less<int*>(int* left, int* right)
{
	return *left < *right;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	int* p1 = &a;
	int* p2 = &b;
	cout << Less(p1, p2) << endl;
	return 0;
}

得到正确的比较结果，调用了特化后的函数。

2.3 类模板特化

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。

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

可以使用C++全特化来为特定类型的数据结构提供特定的实现，以提高程序的效率。另外，也可以使用C++全特化来为特定的参数提供特殊的实现，以满足特定的需求。

2.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。

偏特化通常用于处理特定类型或特定条件下的情况，以提供更具体的实现。这使得模板可以更灵活地适应不同的情况，提高了代码的可复用性和可扩展性。

假设有一个模板类，可以通过偏特化来为指针类型提供特殊的实现，或者为特定的数据结构提供特殊的处理。这样可以根据具体的需求，为模板提供更具体的实现，而不必对整个模板进行特化。

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

// 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;
};

 2.参数更进一步的限制

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。

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

C++偏特化是模板编程中的重要特性，可以帮助我们根据具体的需求为模板提供更灵活和具体的实现。

模板特化的好处

提高性能：通过特化模板，可以为特定的类型或参数提供更高效的实现，从而提高程序的性能。

灵活性：模板特化允许程序员根据具体的需求为模板提供定制的实现，使得代码更加灵活和可定制化。

可读性：特化模板可以使代码更具可读性，因为特定类型或参数的实现可以更直观和清晰。

可复用性：通过特化模板，可以在不同的情况下重复使用通用的代码结构，从而提高代码的可复用性。

扩展性：模板特化可以使得代码更易于扩展和维护，因为可以根据需要添加新的特化实现。