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C++底层学习精进：模板进阶

news 2025/8/3 10:06:19

文章目录

1.非类型模板参数
2.模板的特化
- 2.1 函数模板特化
- 2.2 类模板特化
- - 2.2.1 全特化
  - 2.2.2 偏特化
3.模板分离编译
希望读者们多多三连支持
小编会继续更新
你们的鼓励就是我前进的动力！

本篇是对模板初阶的补充说明

1.非类型模板参数

在模板初阶部分就介绍过类型形参

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

🔥值得注意的是： 这里进行一点之前的补充，在模板初阶部分我们对 class 和typename 进行了介绍，一般这两个参数类型是可以互相替换的，没啥区别，但是有一个特殊情况：

template<class Container>
void Print(const Container& v)
{
	Container::const_iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;
}

当我们用模板参数来写 vector 数组的遍历的时候，Container::const_iterator 包含模板参数没有实例化，编译器无法确定 const_iterator 是个变量还是类型

因此应该写成 typename Container::const_iterator，typename 告诉编译器这里是类型，等模板实例化再去找

为了满足某些特定情况下的需求，便有了非类型模板参数

✏️例如： 开辟一个静态数组时，有可能大了，也有可能小了

namespace bite
{
	// 定义一个模板类型的静态数组
	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;
	};
}

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，像 array<int, 10> a1 这样实例化，

🔥值得注意的是： 为非类型模板参数必须是整型，且非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果，一般遵循按需编译，即只有按需编译过的函数才会去检查该函数的语法语义错误

2.模板的特化

模板特化一般是在特殊情况下使用的，以下将结合具体例子说明：

2.1 函数模板特化

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;
}

第三个比较，这里可能是为了存储方便，我们具体是想要比较 Date* 指向的内容，但是按照正常模板他只会比较地址的大小，此时就需要为这种特殊情况进行模板特化

// 对Less函数模板进行特化
template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
{
	return *left < *right;
}

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

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，或者只是使用一两次并不频繁的话，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

2.2 类模板特化

2.2.1 全特化

全特化就是将模板参数列表中的所有参数确定化

#include <iostream>
using namespace std;

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<T1, T2>" << endl;
	}
private:
	int _d1;
	char _d2;
};

void TestVector()
{
	Data<int, int> d1;
	Data<int, char> d2;
}

2.2.2 偏特化

还是上面的例子，如果我们只是想将部分模板参数进行特化呢？

🚩部分特化

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

🚩对参数进一步限制

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
}