模版进阶

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。

C++里面的array就是一个典型的非类型模版参数

#include <iostream>
#include <array>
using namespace std;

int main() {
    array<int, 10> a1;
    cout << sizeof(a1) << endl; // 40
    return 0;
}

array唯一的优势就是可以越界检查，但是vector也具有这个的功能，而且还能初始化。

函数模版的特化

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

// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
 return left < right;
}
int main()
{
 cout << Less(1, 2) << endl; // 可以比较，结果正确
 Date d1(2022, 7, 7);
 Date d2(2022, 7, 8);
 cout << Less(d1, d2) << endl; // 可以比较，结果正确
 Date* p1 = &d1;
 Date* p2 = &d2;
 cout << Less(p1, p2) << endl; // 可以比较，结果错误
 return 0;
}

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。

函数模板特化

函数模板的特化步骤：

必须要先有一个基础的函数模板
关键字template后面接一对空的尖括号<>
函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型
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。

// 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;
}

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。

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。

类模版特化

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<T1, T2>" <<endl;}
private:
 T1 _d1;
 T2 _d2;
};
template<>
class Data<int, char>
{
public:
 Data() {cout<<"Data<int, char>" <<endl;}
private:
 int _d1;
 char _d2;
};

2.偏特化偏特化有以下两种表现方式： + 部分特化

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

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。可以管理指针

//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<T1*, T2*>" <<endl;}

private:
 T1 _d1;
 T2 _d2;
};

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

private:
 const T1 & _d1;
 const T2 & _d2; 
 };

匹配顺序: 全特化 > 偏特化 > 原模版, 特化是建立在原模版之上,否则特化无效

坑：那么为什么不能写成这样

template <class T1, class T2>
class Data <T1*, T2*>
{
public:
 Data(const T1*& d1, const T2*& d2)
 : _d1(d1)
 , _d2(d2)
 {
    cout<<"Data<T1&, T2&>" <<endl;
 } 
private:
 const T1 & _d1;
 const T2 & _d2; 
};

因为Data转换成const Data 权限缩小, 会产生临时变量, 临时变量具有常数项所以不能被引用。写成Data(const T1 const& d1, const T2 const& d2)才行,但是最好不要写这样

模板分离编译

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。

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;
}

在调用Add时编译器在链接时才会找其地址,但是这两个函数没有实例化没有生成具体代码,因此链接时报错。

那么为什么不在编译时去搜索文件需要什么类型呢？因为这样会大大降低模版的效率,如果文件内容过大，会耗费许多时间.

解决办法 + 1.直接定义在.h -> 调用的地方,直接就有定义,直接实例化,不需要链接时再去找 + 2.模版类型显示实例化

// a.h
template
int Add<int>(const int&, const int&);

那么这样模版就没有意义了,不如直接自己定义,很挫.

模版总结

模版的本质是，本来应该由你写的多份代码。现在不需要你重复写了，你提供一个模版，编译器根据你的实例化，帮你去写出来。

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

编译错误不好定位发现,最佳实践方案:排除法,一段一段注释.日常,建议写一部分,编译一部分.