C++模板的原理与应用

原文地址：C++模板的原理与应用 作者：砖头不离身

相信大家对模板并不陌生，模板的基本概念我想就不用多说了。大多数人包括我自己对模板的理解就是“T容器”。

请看下面的代码：

 

template<int m1, int l1, int t1, int m2, int l2, int t2>

Physical<m1+m2, l1+l2, t1+t2> operator *( Physical<m1, l1, t1 > lhs, Physical<m2, l2, t2> rhs)

{

    return Physical<m1+m2, l1+l2, t1+t2>::unit * lhs.value() * rhs.value();

}

 

头一次见到template的这种用法时，我确实有点目眩。看来我们对模板的认识只是皮毛而已 J

 

在当今的程序设计中模板已经显露出它的价值来了，比如STL全部都是以模板架构的。自VS2003(VC7)以来的编译器也对模板提供了更多的支持。

 

我们需要对模板有更进一步的认识，下面就让我们进入模板的世界。

 

 

• 模板的特性

首先来看一个例子：

 

template<int n>

int Func1()     { return n; }

int Func2(int n) { return n; }

 

你能看出这两个函数的区别在哪里吗？

它们的区别就在于，Func1的参数是编译期指定，如Func1<0>() ；而Func2的参数则是运行期指定。

 

这正体现了模板的特性或者说是它的技术核心，就是编译期的动态机制，这种机制使程序在运行期具有更大的效率优势。

到此你是不是对本文开头那段代码有了更深入的理解了呢？

 

模板的另一个特性是，如果一个模板没有被特化，那么编译器根本不会去理会它，也就是说模板内的代码被隐藏了。

 

 

• 函数模板与类模板

这是一个函数模板：template<class T> Func(T param) {}

函数模板的模板参数是隐式的，编译器会自动根据传入值的类型来确定模板参数的类型。因此函数模板的模板参数不能有默认值。

 

这是一个类模板：template<class T> class MyClass {};

类模板的模板参数是显式的，使用一个模板类时必须指明其模板参数，因此类模板的模板参数可以有默认值。

我们还可以做更多的事情，比如MyClass可以派生自T（XTP界面库就是这么做的），在MyClass内部可以使用关于T的enum、typedef等等。这些将在下文一一谈到。

 

（我在这里提出一个建议，创建一个类模板，请记得第一件事就是对模板参数进行typedef定义。）

 

 

• 模板的部分特化与应用

模板最有价值的地方就是它的部分特化，也是应用最广泛的特性。

所谓“部分特化”也就是说，一个模板有多个参数，但我们只对其中一部分参数进行特化，或者是只针对常量模板参数的某种情况进行特化。

 

编译期ASSERT

这是对bool型模板参数部分特化的一个例子。最简单的实现：

 

template<bool> struct CompileTimeAssert;

template<> struct CompileTimeAssert<true> {};

 

当我们将一个表达式作为模板参数，而这个表达式的值为false时，编译器就找不到合适的实现，便会报错了。

 

我们可以将它扩展一下：

template<bool> struct CompileTimeAssert { CompileTimeAssert(…) ;};  // 这里使用了C++支持的任意参数表

template<> struct CompileTimeAssert<false> {};

 

#define COMPILE_CHECK(expr, msg) /

{/

            class ERROR_##msg {}; /

            (void) CompileTimeAssert<((expr)!=0)>(ERROR_##msg()); /

}

   // 这里不直接传入expr是为了获得更大的适应性，因为expr有可能是无法隐式转换为bool型的（比如指针），笔者曾参与的

  // 一个项目在由VC6平台升级到VS2003平台时，由于后者ASSERT宏实现的变化，就遇到了这一问题。

 

当然，事实是编译期可用的表达式或函数（如sizeof、__alignof）数量上并不太多，但是这种方式是有着积极意义的。

 

编译期分派与类型选择

 

常量映射为类型

请看这样一个模板：template<int v> struct Int2Type{ enum{ value = v }; };

模板参数的不同数值，就会产生不同类型的Int2Type。即Int2Type<0>不同于Int2Type<1>，以此类推。

 

我们可以利用这个模板实现编译期分派。看这样一个例子：

 

template<class T, bool bPolymorphic>

class MyClass

{

    ……

    void Func(T* pObj)

{

    if (bPolymorphic)

{

    T* pNewObj = pObj->Clone();  // 多态类型

……

}

else

{

    T* pNewObj = new T(*pObj);  // 非多态类型

……

}

}

};

 

显然，编译器不会让你侥幸成功。而使用了