C++_模板进阶

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前言

今天我们开始进入C++的模板进阶的内容，内容可能有些复杂，可以参考我之前写的
C++_模板初阶
来参考去学习。

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正文开始

一、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。
注意一定是一个整形常量
举个例子吧

//定义一个模板类型的静态数组
template<class T=int,size_t N=10>
class Array {
public:
	void f()
	{
		N = 10;//调用的时候不行，会报错
	}
private:
	T _a[N];

};
int main()
{
	Array<int,100> a;
	a.f();
	return 0;
}
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并且这个整形常量在定义后就不能被修改！


这种当然也是不行的！！！
非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

二、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，比如：

template<class T>
bool IsEqual(const T& left,const T& right)
{
	return left == right;
}
int main() {
	cout << IsEqual(1,2) << endl;
	cout << IsEqual(1.1,1.1) << endl;

	char p1[] = "hello";
	char p2[] = "hello";
	cout << IsEqual(p1,p2) << endl;
	const char* p3 = "hello";
	const char* p4 = "hello";
	cout << IsEqual(p3,p4) << endl;

	return 0;
}
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按理来说传入的是相同的字符串应该要字符的askii码依次去比较，但是编译器只会认为你传入的是一个指针，按照指针的大小去比较。
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。

2.2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。

class Date
{
public:
	Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1);
	bool operator>(const Date& d)
	{
		if (_year > d._year)
		{
			return true;
		}
		else if (_year == d._year)
		{
			if (_month > d._month)
			{
				return true;
			}
			else if (_month == d._month)
			{
				if (_day > d._day)
				{
					return true;
				}
			}
		}
		return false;
	}
	bool operator==(const Date& d)
	{
		if (_year == d._year && _month == d._month && _day == d._day)
			return true;
		return false;
	}

	bool operator<(const Date& d)
	{
		return !(*this > d) && !(*this == d);
	}



private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

// 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<Date*>(Date* left, Date* right) {
	return *left < *right;
}
int main()
{
	cout << Less(1, 2) << endl;
	Date d1(2022, 7, 7);
	Date d2(2022, 7, 8);
	cout << Less(d1, d2) << endl;
	Date* p1 = &d1;
	Date* p2 = &d2;
	cout << Less(p1, p2) << endl; // 调用特化之后的版本，而不走模板生成了
	return 0;
}
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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。

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

2.3.1 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" << endl; }
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};
template<>
class Data<int, char> {
public:
	Data() { cout << "Data" << endl; }
private:
	int _d1;
	char _d2;
};
void TestVector()
{
	Data<int, int> d1;
	Data<int, char> d2;
}
int main()
{
	TestVector();
	return 0;
}
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2.3.2 偏特化

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。

class Data
{
public:
	Data() { cout << "Data" << endl; }
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};
// 将第二个参数特化为int
template <class T1>
class Data<T1, int> {
public:
	Data() { cout << "Data" << endl; }
private:
	T1 _d1;
	int _d2;
};
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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。

// 将第二个参数特化为int
template <class T1>
class Data<T1, int> {
public:
	Data() { cout << "Data" << endl; }
private:
	T1 _d1;
	int _d2;
};

//两个参数偏特化为指针类型
template <class T1, class T2>
class Data <T1*, T2*>
{
public:
	Data() { cout << "Data" << endl; }

private: T1 _d1;
	   T2 _d2;
};
//两个参数偏特化为引用类型
template <class T1, class T2>
class Data <T1&, T2&>
{
public:
	Data(const T1& d1, const T2& d2)
		: _d1(d1)
		, _d2(d2)
	{
		cout << "Data" << 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
}

int main()
{
	test2();
	return 0;
}
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注意：优先级 ：全特化 > 半特化 > 默认

三、模板分离编译

3.1 什么是分离编译

一个程序（项目）由若干个源文件共同实现，而每个源文件单独编译生成目标文件，最后将所有目标文件链
接起来形成单一的可执行文件的过程称为分离编译模式。

3.2 模板的分离编译

假如有以下场景，模板的声明与定义分离开，在头文件中进行声明，源文件中完成定义：

// a.h
template<class T> T Add(const T& left, const T& right);
// a.cpp
template<class T> T Add(const T& left, const T& right) {
 	return left + right; 
 }
// main.cpp
#include"a.h"
int main()
{
	 Add(1, 2);
 	Add(1.0, 2.0);
 
 return 0; 
}
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分析：C/C++程序一般运行需要经历以下步骤
预处理—>编译—>汇编—>链接
编译:对程序按照语言特性进行词法，语法，语义分析检查无误后生成汇编代码
注意头文件不参与编译，编译器对工程中的多个源文件是分离编译的
链接:将多个obj文件合并在一起，解决函数没有地址的问题

3.3 解决方法

1. 将声明和定义放到一个文件 “xxx.hpp” 里面或者xxx.h其实也是可以的。推荐使用这种。
2. 模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，不推荐使用。

四、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

【缺陷】

1. 模板看起来节省了代码。但是实际上编译后存在代码膨胀的问题，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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（本章完）