机械转码日记【23】模板进阶

目录

前言

1.非类型的模板参数

2.模板的特化

2.1函数模板特化

2.2类模板特化

2.2.1全特化

2.2.2半特化/偏特化

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前言

我们前面（机械转码日记【17】模板，STL简介）曾经简单介绍了以下模板，现在我们再对前面的模板知识进行补充。

1.非类型的模板参数

思考思考，如何定义一个静态的栈（栈大小固定），我们先写一下下面的代码： 

#define N  100
template<class T>
class Stack
{
public:
 
private:
	T _a[N];
	int _top;
};

上面的代码有什么问题呢？就是虽然它可以定义成一个大小不变的栈，但是如果我们想定义两个大小不同的栈的时候就不行了：

Stack<int> st1;//100
Stack<double> st2;//500
定义两个大小不同的栈就不行了，它们的大小都是100

那么如何去解决上面的问题呢，这个时候我们可以增加一个模板参数，并且它不是一个类型，而是size_t

template<class T,size_t N>
class Stack
{
 
private:
	T _a[N];
	int _top;
};
 
int main()
{
	Stack<int,100> st1;
	Stack<double,500> st2;
}

可以看到上面的代码多了一个size_t类型的模板参数，不是class或者typename了，我们C++的标准库中就有array这样一个类模板，它的模板参数就有一个非类型模板参数：

 array这个类模板底层也是个数组，那么它和vector开辟的顺序容器有什么区别呢？

    //v1和a1有什么区别吗？
	vector<int> v1(100, 0);
	v1[0] = 0;
	v1[1] = 1;
	//...
	v1[99] = 99;
	
	array<int, 100> a1;
	a1[0] = 0;
	a1[1] = 1;
	//...
	a1[99] = 99;
	

先打印它们的大小看看，可以看到vector对象的大小为16，array对象的大小为400，16应该是四个指针的大小（vector类里面的成员变量是四个指针），而array的大小为400是这个数组的大小，这说明vector对象数据存放在了堆区，array对象数据存放在了栈区。

既然array数据是存放在堆区的，那么它和普通的数组有什么优势呢？

可以看到array与原生数组相比，它的优势就是堆越界的检查，对于array对象，越界是一定能检查到的，但是对于原生数组是不一定能和检查到的。

总结：array这个类模板我觉得是一个很鸡肋的模板，对于原生数组没有太大的优势，和vector比起来也没什么优势，因为把数据放在内存较大的堆区是很有必要的，栈区内存比较有限，所以我们以后开辟大数组还是尽量都使用vector。

注意，非类型模板参数有几点需要注意：

1.非类型模板参数不能修改：

2.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.模板的特化

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，比如：实现了一个专门用来进行小于比较的函数模板：

可以看到，Less绝对多数情况下都可以正常比较，但是在特殊场景下就得到错误的结果。上述示例中，p1指 向的d1显然小于p2指向的d2对象，但是Less内部并没有比较p1和p2指向的对象内容，而比较的是p1和p2指 针的地址，这就无法达到预期而错误。

此时，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。

2.1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。

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(Date* left, Date* right)
{
	return *left < *right;
}

我们再写一个普通的函数：

bool Less(Date* left, Date* right)
{
	cout << "不是函数模板" << endl;
	return *left < *right;
}

通过调试我们可以得出Less(P1,P2)是先调用我们刚刚写的这个普通函数的，这说明函数模板也不一定需要特化，我们写一个专门处理Date*类型的函数也行。一般情况下如果函数模板遇到不能处理或者处理有误的类型，为了实现简单通常都是将该函数直接给出。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

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。

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

运行上面这段代码，可以得出下面的结果：

2.2.2半特化/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

//原生
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
	Data() 
	{ 
		cout << "Data" << endl; 
	}
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};
 
//全特化
template<>
class Data<int, double>
{
public:
	Data()
	{
		cout << "Data" << endl;
	}
};
 
//1.部分特化
template<class T1>
class Datachar>
{
public:
	Data()
	{
		cout << "Data" << endl;
	}
};

运行上面写过的全特化和偏特化，可以得到以下的结果：

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。

//2.对参数的进一步限制
//2.1针对指针进行处理
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
	Data()
	{
		cout << "Data" << endl;
	}
};
 
//2.2针对引用进行处理
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
	Data()
	{
		cout << "Data" << endl;
	}
};

运行上面写过的全特化和偏特化，可以得到以下的结果：