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14.模板进阶

news 2025/10/2 9:08:01

前言：

本篇文章将进行模板的进阶学习，如果对模板不了解的同学可以先阅读之前的模板初阶

点击此处跳转：06.模板初阶

前言：

一、非类型模板参数

二、模板特化

1. 函数模板特化

2. 类模板特化

偏特化与全特化

三、模板的分离编译

1. 分离编译

2. 解决办法

总结：

一、非类型模板参数

参数模板分为类型模板参数和非类型模板参数，之前我们在模板初阶使用的template<class T>都是类型参数模板，即代表一种数据类型。而今天我们要介绍的非类型模板参数，是以一个常量或函数作为参数模板

非类型模板参数可以用于构造动态数组，但是传入的量也需要是常量（注：C99以后支持了动态数组，但visual studio一直都没有支持）

template<class T, size_t N = 10>
class Stack {
private:T _a[N];size_t _capacity;size_t _size;
};int main() {Stack<int> st1();Stack<int, 20> st2();
}

但是浮点数、类对象和字符串是不能作为非类型模板参数的！

二、模板特化

通常情况下，使用模板参数可以实现一些无关类型的代码，但如果我们想要对一些特殊的类型做特殊处理该怎么办呢？这个时候就需要用到模板特化了，模板特化就是专门用来处理特殊情况的。

模板特化又分为函数模板特化和类模板特化

1. 函数模板特化

函数模板特化一般步骤：

首先需要有一个基础的模板
需要有一个template关键字，后面跟上一个空的尖括号<>
特化的函数名后跟上<>，尖括号内指定需要特化的变量类型
函数用到的形参必须和<>内指定的基础参数类型相同，如果不同的话编译器可能会报错

示例代码：

可以看到，示例代码对char类型进行了特化，所以传入char类型数据的时候走了特化的部分

2. 类模板特化

类模板的特化和函数模板也是相似的。

并且类模板支持全特化和偏特化（函数模板只支持全特化）

偏特化与全特化

全特化是将模板参数列表中的参数全部特化
偏特化又分为两种形式：部分特化和对参数进一步限制的特化
部分特化：即对参数列表种的一部分参数进行特化，另一部分保持模板
限制特化：限制参数类型，如对所有指针类型/引用类型都特化

示例代码：

// 定义Date类
template<class T1, class T2>
class Date {
public:Date() {cout << "Date<T1, T2>" << endl;}
private:T1 _x;T2 _y;
};// 全特化
template<>
class Date<int, int> {
public:Date() {cout << "Date<int, int>" << endl;};
private:int _x;int _y;
};// 偏特化之部分特化
template<class T>
class Date<char, T> {
public:Date() {cout << "Date<char, T>" << endl;};
private:char _x;T _y;
};// 偏特化之限制特化
template<class T1, class T2>
class Date<T1*, T2*> {
public:Date() {cout << "Date<T1*, T2*>" << endl;};
private:T1* _x;T2* _y;
};// 引用类型
template<class T1, class T2>
class Date<T1&, T2&> {
public:Date(const T1& x, const T2& y):_x(x), _y(y){cout << "Date<T1&, T2&>" << endl;};
private:const T1& _x;const T2& _y;
};int main() {Date<double, double> d1;// 默认模板类Date<int, int> d2;// 全特化<int, int>Date<char, int> d3;// 部分特化<char, T>Date<int*, int*> d4;// 限制特化<T1*, T2*>Date<int&, int&> d5(1,1);// 限制特化<T1&, T2&>
}

可以看到示例每种定义了特化的类型都成功特化了。

注意：我们在引用类型进行初始化时，参数需要加上const，因为传递参数时会产生临时变量，而临时变量具有常性，不用const修饰的化无法正常接收。

三、模板的分离编译

之前我们学习的时候提到了使用模板时，不能把声明定义分离到两个文件，接下来我们就来了解一下这个问题的本质。

1. 分离编译

首先要知道编译器编译的规则：

一个程序（项目）通常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。

举个例子：对于Stack.h、Stack.cpp、Test.cpp这三个文件来说，头文件Stack.h是不直接编译的，他会在有#include<Stack.h>的文件中展开（所有的.h文件都是如此），而.cpp文件会在头文件展开后，按从上到下的顺序编译，最后编译完成后再将不同的.cpp文件链接起来。也就是说在编译阶段，Stack.cpp和Test.cpp这两个文件是独立的，只有完成链接后才会产生交集。

还是用Stack作为例子解释，假设Stack类中有一个push成员函数，普通函数当声明和定义分离到两个文件时，由于Stack.cpp包含了Stack.h头文件，push的声明和定义都在一个文件，编译时会记录函数的地址，之后在Test.cpp中调用push函数时，只需要call到相应的函数地址即可调用。

而模板函数他本身不是函数，只有当调用时检测了输入，编译器才会检测类型再临时生成一个函数。这就导致Stack.cpp和Stack.h文件在编译时只有声明，而没有一个真正实现的函数，也就不能记录函数的地址。之后Test.cpp与Stack.cpp链接时会发现根本没有记录下push函数的地址，也就无法调用。而如果声明和定义都在.h文件中，那就会在Test.cpp中展开，这样就可以在本文件中找到push函数的声明和定义，以便编译器根据传入参数类型去临时实现函数。