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【C++语言】模版的进一步学习

article 2024/9/20 1:58:47

一、非类型模版参数

模版参数分类分为类型形参和非类型形参。

类型形参为：出现在模版参数列表中，跟在class或者typename之类的参数类型名称
非类型形参为：就是用一个常量作为类（函数）模版的一个参数，在类（函数）模版中可以将该参数当成常量来使用。

namespace hrx
{
	// 定义一个模版类型的静态数组
	template <class T, size_t N = 10>
	class array
	{
	public:
		T &operator[](size_t index) { return _array[index]; }
		const T &operator[](size_t index) const { return _array[index]; }

		size_t size() const { return _size; }
		bool empty() const { return 0 == _size; }

	private:
		T _array[N];
		size_t _size;
	};

}

注意：

浮点数、类对象以及字符串时不允许作为非类型模版参数的
非类型的模版参数必须在编译期就能确认结果的

二、模版的特化

2.1 概念

通常情况下，使用模版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版。

// 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绝大多数情况下都可以正常比较，但是在特殊场景中就会得到错误的结果。上述实例中，p1指向的d1显然小于p2指向的d2对象，但是在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出现错误。

此时，就需要对模版进行特化，即，在原模版的基础上，针对特殊类型所进行特殊化的实现方式。模版特殊化分为函数模版特化和类模版特化。

2.2 函数模版特化

函数模版特化的步骤：

必须要先有一个基础的函数模版
关键字template后面要接一对空的尖括号<>
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：必须要和模版函数的基础参数类型完全相同，如果不同的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，如果函数模版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;
}

这种实现就简单明了，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版，特化时特别给出，因此函数模版不建议特化。

2.3 类模版特化

2.3.1 全特化

全特化是将模版参数列表中所有的参数都确定化。

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

2.3.2 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。比如对于以下模版类：

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

偏特化有以下两种表现方式：

部分特化：将模版参数类表的一部分参数特化

// 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，而是针对模版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
template <typename T1, typename 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; 
};
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
}

三、模版的分离编译

3.1 什么是分离编译？

一个程序（项目）由若干个源文件同时实现，而每一个源文件单独编译生成目标文件，最后将所有的目标文件连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 模版的分离编译

假如有以下场景，模版的声明和定义分离，在头文件中进行声明，在源文件中完成定义：

// 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;
}

C/C++程序要进行运行，一般要经历以下步骤：预处理——编译——汇编——链接