C++之模板

zzzyyy538

1114人浏览 · 2025-11-24 22:21:45

zzzyyy538 · 2025-11-24 22:21:45 发布

欢迎来到Deven的代码之路！

1. 非类型模板参数

模板参数分类类型与非参数类型。

类型参数即：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。

template<class T,size_t N=10>
class array
{
public:

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

注意：

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
非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

2. 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：实现了一个专门用来进行小于比较的函数模板。

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。

2.2 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。

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;
}

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;
}

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<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;
};

void TestVector()
{
Data<int, int> d1;
Data<int, 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。比如对于以下模板类：

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：

部分特化将模板参数类表中的一部分参数特化
```
//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，而是针对模板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 test()
{
     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
}

3. 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;
}

分析：