【C++】模板进阶

2023-04-12 14:51:23 浏览数 (1)

   之前我们已经了解了模板的定义和使用,今天我们来学习模板更加深层次的知识内容,辅助我们像后面更好的学习!


1.非类型模板参数

模板参数分为:类型形参与非类型形参

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

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

为什么C 中,当定义一个vector<T> 时,我们可以通过显式实例化里面不同的类型,来产生不同的对象呢?当然是有模板的原因,所以模板起到了至关重要的原因。这类模板参数叫做:类型参数

vector<int> v;   list<int> ls;

那么如果有一个场景,我们要定义一个静态数组,能够传不同的模板参数,进而每次得到不同大小的数组应该怎么办呢?

那么此时就出现了 :非类型的模板参数。

一个例子带你了解:

代码语言:javascript复制
template<class T, size_t N>
class Array
{
private:
	T _a[N];
};

int main()
{
	Array<int, 10> a1;        // 10
	Array<double, 1000> a2;     // 1000

	return 0;
}

在这种情况下,就需要非类型模板参数的应用,不需要浪费空间,只需要再加一个非类型模板参数,就可以通过改变传的模板参数,而实例化出不同的对象。

注意:

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,一般就是整型。

2. 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

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,所以需要特殊处理,叫做模板的特化。

2.1.函数模板的特化

举例说明:

代码语言:javascript复制
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;
}

实现一个比较的函数模板,对于内置类型的比较,结果正确;

自定义类型(日期类)的比较,其内部有实现<这个运算符重载,结果也正确

但是对于p1,p2相比较,结果却不对,这是为什么???

那当然是因为:首先p1,p2都是日期类对象的地址,他们传过去的是地址之间的相互比较,只会比较他们的地址谁大谁小,不会解引用去比较内部的日期值的大小,这才是问题所在!!

所以对于这种需要特殊处理的情况,我们就有模板的特化来处理!

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。

代码语言:javascript复制
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
 return left < right;
}

template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* 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;
}

这样的话,我们就可以很容易的把这个特殊情况比较出来了。

但是因为我们知道函数有函数重载,当函数模板特化出现错误的时候,会导致不必要的麻烦,所以,一般我们遇到特殊情况的时候,会直接函数重载出那个特殊情况!

代码语言:javascript复制
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

函数模板特化可以函数重载替代,但是类模板可不能重新再写一个。

2.2.1 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。

这里举例说明,并不完全写出类中所有功能。

代码语言:javascript复制
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:

//这里只是为了更加方便观看结果
 Data() {cout<<"Data<int, char>" <<endl;}

private:
 int _d1;
 char _d2;
}

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

我们可以看得出,当某种类型需要特殊化处理,我们可以写类模板的特化,来决定这个特化的类模板中的具体功能实现。(当然与原模版实现功能不同)

2.2.3 偏特化

偏特化(半特化):任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本。

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;

下面我们一起看这两种具体的偏特化方式:

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

//偏特化
// 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;
};

//对参数的进一步限制
//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;
};

//对参数的进一步限制
//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
}


4. 模板总结

【优点】

1. 模板复用了代码,节省资源,更快的迭代开发,C 的标准模板库(STL)因此而产生

2. 增强了代码的灵活性

【缺陷】

1. 模板会导致代码膨胀问题,也会导致编译时间变长

2. 出现模板编译错误时,错误信息非常凌乱,不易定位错误

我们下期再见!

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