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C++：仿函数部分的补充、模版进阶（非类型模版参数、模板的特化、模板的分离编译）

news 2025/8/21 10:32:44

1.仿函数部分的补充

1.1一般情况

1.2特殊情况

1.2.1 情况一

1.2.2 情况二

1.3 总结

2.模版进阶

2.1 非类型模板参数

2.2 模板的特化

2.2.1 函数模板特化

2.2.2 类模板特化

全特化

偏特化

3.模板分离编译

4.模版总结

1.仿函数部分的补充

1.1一般情况

class Date
{friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1): _year(year), _month(month), _day(day){}bool operator<(const Date& d)const{return (_year < d._year) ||(_year == d._year && _month < d._month) ||(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);}bool operator>(const Date& d)const{return (_year > d._year) ||(_year == d._year && _month > d._month) ||(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);}
private:int _year;int _month;int _day;
};ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;return _cout;
}class DateLess
{
public:bool operator()(Date* p1, Date* p2){return *p1 < *p2;}
};int main()
{priority_queue<Date> q1;q1.push(Date(2018, 10, 29));q1.push(Date(2018, 10, 28));q1.push(Date(2018, 10, 30));cout << q1.top() << endl;q1.pop();cout << q1.top() << endl;q1.pop();cout << q1.top() << endl;q1.pop();cout << endl;return 0；
}

在这段代码中，我自定义了一个日期类，并在类中重载了 > 、 < 和流提取<<，使用priority_queue能直接对日期进行降序排列

能排列的前提是priority_queue中第三个模板参数是比较大小的仿函数，并且日期类也给出了比较大小的方法。

1.2特殊情况

但是若是出现了下面两种情况，还能准确实现对日期类的排序吗？

情况一：日期类中没有重载运算符<、>

情况二：在main函数中这样调用：
int main()
{priority_queue<Date*> q2;q2.push(new Date(2018, 10, 29));q2.push(new Date(2018, 10, 28));q2.push(new Date(2018, 10, 30));cout << *q2.top() << endl;q2.pop();cout << *q2.top() << endl;q2.pop();cout << *q2.top() << endl;q2.pop();return 0;
}

1.2.1 情况一

对于情况一，编译器不支持直接对自定义类型进行比较，若没有自己实现，则无法进行排序，编译的时候会出现这样的结果：

这就提醒我们类中没有重载运算符<、>，编译器无法比较，需要自己实现。

1.2.2 情况二

对于情况二，编译方面没有问题，主要是结果出问题了

这是正确的结果：

但是上面的代码运行出来结果却是不固定的

..........

上面的情况都有可能出现，这到底是哪里出问题了？

这是由于下面这几句代码出现问题了

q2.push(new Date(2018, 10, 29));
q2.push(new Date(2018, 10, 28));
q2.push(new Date(2018, 10, 30));

q2在push的时候传的参数是new出来的，这固然是符合规则的，但是在比较大小的时候就出问题了，因为new出来的对象返回的是地址，在比较大小的时候比较的是地址的大小，而new出来的对象的地址是不确定的，先new的不一定就大，后new的就不一定小，所以就出现了结果随机的情况。

搞清楚问题出在什么地方了，那该如何解决呢？

首先，我们期望的什么？试将日期比大小。这里用的是指针怎么办？那就想办法对指针指向的内容进行比较。该如何实现呢？我们可以自己实现一个对指针类型的变量单独处理的仿函数，然后将其放在priority_queue的第三个模版参数中。

class DateLess
{
public:bool operator()(Date* p1, Date* p2){return *p1 < *p2;}
};int main()
{priority_queue<Date*, vector<Date*>, DateLess> q2;q2.push(new Date(2018, 10, 29));q2.push(new Date(2018, 10, 28));q2.push(new Date(2018, 10, 30));cout << *q2.top() << endl;q2.pop();cout << *q2.top() << endl;q2.pop();cout << *q2.top() << endl;q2.pop();return 0;
}

1.3 总结

直接用标准库里给的仿函数进行大小比较，在一些情况下可能会比较坑

1、类类型不支持比较大小

2、支持比较大小，但是比较的逻辑不是你想要的

遇到上面这两种情况的时候，就可以考虑自己实现仿函数来解决问题

2.模版进阶

2.1 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：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。
// 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;
};
注意：
1. 大多数C++标准都只支持“整型家族”（包括int、long、size_t、bool、指针等）作为非类型模板参数，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。
2. 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果

2.2 模板的特化

模板特化：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

2.2.1 函数模板特化

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，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;
} 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;
}

2.2.2 类模板特化

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;
}

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。

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

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;
};

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 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
}

注意：使用偏特化后T表示原类型（int），而不是int*、int&

3.模板分离编译

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

解决方法
1. 将声明和定义放到一个文件 "xxx.hpp" 里面或者xxx.h其实也是可以的。推荐使用这种。
2. 模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，不推荐使用。