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.