• 【 C++ 】函数模板进阶

    目录

    1、非类型模板参数

    2、模板的特化

            2.1、概念

            2.2、函数模板特化

            2.3、类模板特化

                     全特化

                     偏特化

                     类模板特化示例

    3、总结

    1、非类型模板参数

    • 模板参数分类类型形参与非类型形参。
    • 类型模板参数：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。
    • 非类型模板参数：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。

    假设我现在有一个静态栈：

    1. //静态栈
    2. template<class T, size_t N>
    3. class Stack
    4. {
    5. private:
    6. 	T _a[N];
    7. 	int _top;
    8. };

    如果我现在想指定实例化对象中创建数组的大小，那么就需要借助非类型模板参数来完成：

    1. int main()
    2. {
    3. 	Stack<int, 100> st1;//定义一个大小为100的静态数组
    4. 	Stack<double, 500> st2;//定义一个大小为500的静态数组
    5. 	return 0;
    6. }

    这里非类型模板参数在C语言中是通过宏来实现的，只不过宏不能使多个对象指定大小，宏只能统一更改大小，具有单一性，这里C++的非类型模板参数刚好可以解决这一问题。

    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（只能是整型int、char……）。
    • 2、非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。
    • 3、非类型模板参数给出的值为常量，意味着不能修改：

    2、模板的特化

    2.1、概念

    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。

    1. template<class T>
    2. bool Less(T left, T right)
    3. {
    4. 	return left < right;
    5. }
    6. int main()
    7. {
    8. 	cout << Less(1, 2) << endl; //1 可以比较，结果正确
    9. 	Date d1(2022, 7, 7);
    10. 	Date d2(2022, 7, 8);
    11. 	cout << Less(d1, d2) << endl; //1 可以比较，结果正确
    12.  
    13. 	Date* p1 = new Date(2022, 7, 16);
    14. 	Date* p2 = new Date(2022, 7, 15);
    15. 	cout << Less(p1, p2) << endl; // 0/1 可以比较，结果错误
    16. }

    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指向值显然大于p2指向的值，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，我p1和p2都是new出来的，无法确定是谁先new的，也就无法判断谁大。这就无法达到预期而错误。

    此时，就需要对模板进行特化（虽然传递*p1和*p2也可）。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。
    1. // 函数模板 -- 参数匹配
    2. template<class T>
    3. bool Less(T left, T right)
    4. {
    5. 	return left < right;
    6. }
    7. // 对Less函数模板进行特化
    8. template<>
    9. bool Less(Date* left, Date* right)
    10. {
    11. 	return *left < *right;
    12. }

    注意：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。

    1. bool Less(Date* left, Date* right)
    2. {
    3. return *left < *right;
    4. }

    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。

    2.3、类模板特化

    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。

    1. template<class T1, class T2>
    2. class Data
    3. {
    4. public:
    5. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    6. private:
    7.     T1 _d1;
    8.     T2 _d2;
    9. };
    10.  
    11. //全特化：
    12. template<>
    13. class Data<int, double>
    14. {
    15. public:
    16. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    17. };
    18. int main()
    19. {
    20. 	Data<int, int> d1;//Data
    21. 	Data<int, double> d2;//Data
    22. 	Data<char, double> d3;//Data
    23. }

    全特化是要参数均匹配才能调用全特化，否则调用默认的模板。

    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。比如对于以下模板类：

    1. template<class T1, class T2>
    2. class Data
    3. {
    4. public:
    5. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    6. private:
    7. 	T1 _d1;
    8. 	T2 _d2;
    9. };

    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。

    1. template<class T1, class T2>
    2. class Data
    3. {
    4. public:
    5. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    6. };
    7.  
    8. //全特化：
    9. template<>
    10. class Data<int, double>
    11. {
    12. public:
    13. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    14. };
    15.  
    16. //半特化/偏特化
    17. template <class T1>
    18. class Datachar>// 将第二个参数特化为char
    19. {
    20. public:
    21. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    22. private:
    23. 	T1 _d1;
    24. 	int _d2;
    25. };
    26.  
    27. int main()
    28. {
    29. 	Data<int, int> d1;//Data 普通
    30. 	Data<int, double> d2;//Data 全特化
    31. 	Data<char, double> d3;//Data 普通
    32. 	//只要第二个参数为char都会匹配半特化（偏特化）
    33. 	Data<int, char> d4;//Data 偏特化
    34. 	Data<char, char> d5;//Data偏特化
    35. }
    • 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。

    两个参数偏特化为指针类型：

    1. template<class T1, class T2>
    2. class Data
    3. {
    4. public:
    5. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    6. };
    7.  
    8. //全特化：
    9. template<>
    10. class Data<int, double>
    11. {
    12. public:
    13. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    14. };
    15.  
    16. //半特化/偏特化
    17. template <class T1>
    18. class Datachar>// 将第二个参数特化为char
    19. {
    20. public:
    21. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    22. };
    23.  
    24. //两个参数偏特化为指针类型
    25. template <class T1, class T2>
    26. class Data //只要你T1和T2是指针，就走这里
    27. {
    28. public:
    29. 	Data() { cout << "Data" << endl; };
    30. };
    31. int main()
    32. {
    33. 	Data<int, int> d1;//Data 普通
    34. 	Data<int, double> d2;//Data 全特化
    35. 	Data<char, double> d3;//Data 普通
    36. 	//只要第二个参数为char都会匹配半特化（偏特化）
    37. 	Data<int, char> d4;//Data 偏特化
    38. 	Data<char, char> d5;//Data偏特化
    39.     //两个参数为指针
    40.     Data<int*, int*> d6;//Data
    41. 	Data<int*, string*> d7;//Data
    42.     //只有一个参数是指针不算
    43. 	Data<int*, int> d8;//Data
    44. 	Data<int*, char> d9;//Data
    45. }

    两个参数偏特化为引用类型：

    1. template<class T1, class T2>
    2. class Data
    3. {
    4. public:
    5. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    6. };
    7. //全特化：
    8. template<>
    9. class Data<int, double>
    10. {
    11. public:
    12. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    13. };
    14.  
    15. //半特化/偏特化
    16. template <class T1>
    17. class Datachar>// 将第二个参数特化为char
    18. {
    19. public:
    20. 	Data() { cout << "Data" << endl; }
    21. };
    22.  
    23. //两个参数偏特化为指针类型
    24. template <class T1, class T2>
    25. class Data //只要你T1和T2是指针，就走这里
    26. {
    27. public:
    28. 	Data() { cout << "Data" << endl; };
    29. };
    30.  
    31. //两个参数偏特化为引用类型
    32. template <class T1, class T2>
    33. class Data //只要你T1和T2是指针，就走这里
    34. {
    35. public:
    36. 	Data() { cout << "Data" << endl; };
    37. };
    38. int main()
    39. {
    40. 	Data<int, int> d1;//Data 普通
    41. 	Data<int, double> d2;//Data 全特化
    42. 	Data<char, double> d3;//Data 普通
    43. 	//只要第二个参数为char都会匹配半特化（偏特化）
    44. 	Data<int, char> d4;//Data 偏特化
    45. 	Data<char, char> d5;//Data偏特化
    46.     //两个参数为指针
    47.     Data<int*, int*> d6;//Data
    48. 	Data<int*, string*> d7;//Data
    49.     //只有一个参数是指针不算
    50. 	Data<int*, int> d8;//Data
    51. 	Data<int*, char> d9;//Data
    52.     //两个参数为引用
    53. 	Data<int&, char&> d10;//Data
    54. 	Data<int, char&> d11;//Data
    55.     //指针引用混用，调用的是普通的
    56.     Data<int*, char&> d12;//Data
    57. }

    类模板特化示例

    • 全特化运用场景：
    1. #include
    2. #include 
    3. template<class T>
    4. struct Less
    5. {
    6. 	bool operator()(const T& x, const T& y) const
    7. 	{
    8. 		return x < y;
    9. 	}
    10. };
    11. int main()
    12. {
    13. 	Date d1(2022, 7, 7);
    14. 	Date d2(2022, 7, 6);
    15. 	Date d3(2022, 7, 8);
    16. 	vector v1;
    17. 	v1.push_back(d1);
    18. 	v1.push_back(d2);
    19. 	v1.push_back(d3);
    20. 	// 可以直接排序，结果是日期升序
    21. 	sort(v1.begin(), v1.end(), Less());
    22. 	vector v2;
    23. 	v2.push_back(&d1);
    24. 	v2.push_back(&d2);
    25. 	v2.push_back(&d3);
    26. 	// 可以直接排序，结果错误日期还不是升序，而v2中放的地址是升序
    27. 	// 此处需要在排序过程中，让sort比较v2中存放地址指向的日期对象
    28. 	// 但是走Less模板，sort在排序时实际比较的是v2中指针的地址，因此无法达到预期
    29. 	sort(v2.begin(), v2.end(), Less());
    30. 	return 0;
    31. }

    通过观察上述程序的结果发现，对于日期对象可以直接排序，并且结果是正确的。但是如果待排序元素是指针，结果就不一定正确。因为：sort最终按照Less模板中方式比较，所以只会比较指针，而不是比较指针指向空间中内容，此时可以使用类版本特化来处理上述问题：

    1. // 对Less类模板按照指针方式特化
    2. template<>
    3. struct Less
    4. {
    5. 	bool operator()(Date* x, Date* y) const
    6. 	{
    7. 		return *x < *y;
    8. 	}
    9. };

    特化之后，再运行上述代码，就可以得到正确的结果。

    • 偏特化运用场景：
    1. #include
    2. #include 
    3. template<class T>
    4. struct Less
    5. {
    6. 	bool operator()(const T& x, const T& y) const
    7. 	{
    8. 		return x < y;
    9. 	}
    10. };
    11. // 对Less类模板按照指针方式特化
    12. //全特化
    13. template<>
    14. struct Less
    15. {
    16. 	bool operator()(Date* x, Date* y) const
    17. 	{
    18. 		return *x < *y;
    19. 	}
    20. };
    21. //偏特化
    22. template<class T>
    23. struct Less//只要你是指针，都走我
    24. {
    25. 	bool operator()(T* x, T* y) const
    26. 	{
    27. 		return *x < *y;
    28. 	}
    29. };
    30. int main()
    31. {
    32. 	//偏特化运用场景
    33. 	vector<int*> v3;
    34. 	v3.push_back(new int(3));
    35. 	v3.push_back(new int(1));
    36. 	v3.push_back(new int(2));
    37. 	sort(v3.begin(), v3.end(), Less<int*>());
    38. 	return 0;
    39. }

    3、模板总结

    优点：

    1. 模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发，C++的标准模板库(STL)因此而产生
    2. 增强了代码的灵活性

    缺点：

    1. 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
    2. 出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误
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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/bit_zyx/article/details/125949041