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C++：模板的特化与分离编译

article 2024/10/25 2:33:49

之前我们在介绍模板的时候仅仅是简单的介绍了模板的用法，本篇文章我们来详细的介绍下模板中比较重要的几个点。

一，非类型模板参数

我们之前的c中，会将经常使用的而又确保在我们程序的运行过程中值不会改变的值进行#define：

#define N 10

但是如果我们在不同的类中如果都有这样的一个值，显然我们去定义这样的一个值是完全不够我们使用的，这时候就需要我们的非类型模板参数来解决这种问题：

template<class T,size_t N = 10>
//第一个是类型模板参数，第二个是非类型模板参数
//可以不给非类型模板参数缺省值

TIPS：

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。(C++20及更高版本才支持)
2. 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，需要特殊处理。比如我们有这样一个进行比较的模板参数：

template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
    return left < right;
}

我们直接传值当然会得到我们想要的结果，但是如果我们传入的是T类型的指针，比较的便是指针地址的大小。这没有意义，如果我们还想要去对其指向的数据进行比较，就需要使用模板的特化：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。(函数模板的特化我们只是介绍，因为这种情况下我们一般需要在去写一个这样的比较函数，下面对函数模板的介绍我们只需要了解即可，主要的是类模板的特化)。

2.2函数模板的特化

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(就是源模板的T是int类型，你特化后的参数必须是int类型的指针，引用等)，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。所以一般我们不建议使用函数模板的特化。

2.3类模板的特化

2.3.1全特化

我们先来看全特化的一个例子：

（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;
};

2.3.2偏特化

再来看下偏特化：（任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本）

第一种是将部分参数确定化：

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

对于特化的匹配规则是，比如下面这样一个例子：

template<class T1, class T2>
class fun1
{
public:
    fun1()
    {
        cout << 1 << endl;
    }
private:
    T1 _t1;
    T2 _t2;
};

template<class T1>
class fun1<T1, int>
{
public:
    fun1()
    {
        cout << 2 << endl;
    }
private:
    T1 _t1;
    int _t2;
};

template<>
class fun1<char, int>
{
public:
    fun1()
    {
        cout << 3 << endl;
    }
private:
    char _t1;
    int _t2;
};

template<class T2>
class fun1<int, T2>
{
public:
    fun1()
    {
        cout << 4 << endl;
    }
private:
    int _t1;
    T2 _t2;
};

int main()
{
    fun1<char, int> a;//3
    fun1<size_t,int> b;//2
    fun1<int, size_t> c;//4
    fun1<size_t, size_t> d;//1
    return 0;
}

也就是说，能完全匹配则取最符合的那个。第二个位置为int就去调用第二个位置为int的特化，第一个位置为int调用第一个位置为int的特化。注意，此时我们如果输入<int,int>会报错，因为这既符合我们的第二种又符合我们的第三种，此时需要删除一种。

第二种则是参数更进一步的限制：

//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;
};

当然也可以混到一起，比如我第一个位置是引用，第二个位置是指针。或者反过来。

三，模板的分离编译

3.1分离编译的概念

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;
}

分析：