C++模板元编程详细教程（之三）

先序文章请看
C++模板元编程详细教程（之一）
C++模板元编程详细教程（之二）

模板特化

有了前两篇的基础，相信大家对模板编程已经有一点初步的感觉了。趁热打铁，这一篇我们主要来介绍一下模板特化。

首先来看一下下面的例子：

template <typename T>
void add(T &t1, const T &t2) {
   
   
  t1 += t2;
}

上面是一个简单的模板函数，用于把第二个参数的值加到第一个参数中去。这个模板函数对于基本数据类型的实例化都是没什么问题的，但是如果是字符串的话，那将会有问题：

void Demo() {
   
   
  int a = 1, b = 3;
  add(a, b); // add<int>，调用符合预期
  
  char c1[16] = "abc";
  char c2[] = "123";

  add(c1, c2); // add<char *>， 调用不符合预期
}

这里的问题就在于，对于字符串类型（这里指原始C字符串，而不是std::string）来说，「相加」并不是简单的+=，因为字符串主要是用字符指针来承载的，指针相加是不合预期的。我们希望的是字符串拼接。

因此，我们希望，单独针对于char *的实例化能够拥有不同的行为，而不遵从「通用模板」中的定义。这种语法支持就叫做「特化」，或「特例」。可以理解为，针对于模板参数是某种特殊情况下进行的特殊实现。

因此，我们在通用模板的定义基础上，再针对char *类型定义一个特化：

#include <cstring>

template <typename T>
void add(T &t1, const T &t2) {
   
   
  t1 += t2;
}

template <> // 模板特化也要用模板前缀，但由于已经特化了，所以参数为空
void add<char *>(char *&t1, char *const &t2) {
   
    // 特化要指定模板参数，模板体中也要使用具体的类型
  std::strcat(t1, t2);
}

void Demo() {
   
   
  int a = 1, b = 3;
  add(a, b); // add<int>是通过通用模板生成的，因此本质是a += b，符合预期

  char c1[16] = "abc";
  char c2[] = "123";

  add(c1, c2); // add<char *>有定义特化，所以直接调用特化函数，因此本质是strcat(c1, c2)，符合预期
}

上例简单展示了一下模板特化目标解决的问题，和其基本的语法。但其实模板特化远不止如此，它有着巨大的潜力。

模板的特化分两种情况，一种是全特化（有的地方也叫特例），一种是偏特化（有的地方也叫部分特化）。全特化相对简单一些，笔者会先来介绍。而偏特化会伴随SFINAE理论，它将会成为模板元编程最核心的理论基础。

全特化与模板的链接方式

首先复习一下我们在开篇时候所提到的一个非常重要的概念。**模板本身不是可使用的代码，而是一种代码的升成方法。需要经过实例化后才能成为实际可用的代码。**比如说模板函数需要指定模板参数（可以是显式指定，也可以是编译器自动推导）实例化后，才能成为函数，同理，模板类也需要实例化后才能成为类。

然而「全特化」就是说，当所有模板参数都指定了的时候，才叫「全」。那么上一节中add的示例就是一个全特化，因为它原本只有一个模板参数，把它特化了自然是「完全」特化的。

而要谈到全特化，就不得不谈到一个非常容易踩坑的点，那就是模板的链接方式。在一个单独的.cpp文件中使用模板并不会有什么链接性问题，但如果在多个文件中都要使用呢？自然要通过「头文件声明+链接」的方式来完成了。

但模板本身又很特殊，它本身不是可用的代码，而是代码生成器，因此编译器会在编译期用模板来生成代码，注意，这个时候还没有开始链接！所以问题就产生了，假如我们按照直觉和习惯，把模板的声明和定义分文件来写，会怎么样呢？请看下面示例：

tmp.h

#pragma once

template <typename T>
void f(const T &t); // 声明

tmp.cpp

#include "tmp.h"

template <typename T>
void f(const T &t) {