C++|模板进阶(非类型模板参数+特化)

2024-04-23 13:04
文章标签 模板 c++ 进阶 特化 参数 类型

本文主要是介绍C++|模板进阶(非类型模板参数+特化)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

 

目录

 

 一、非类型模板参数

二、模板特化

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 

三、模板不支持分离编译

四、模板优缺点 

 一、非类型模板参数

在模板初阶中，所学习的模板的参数是类型形参，但其实还有非类型形参。

类型形参：就是跟在typename或者class后面的类型。例如：template<class T>,T就是类型形参

非类型形参：就是用常量作为模板的参数。例如：template<int a = 10>,在这里a不是一个变量，而是一个常量，在编译时，编译器会将 a替换为具体的值，这个值在编译时就已经确定了，因此它在程序运行时是不可改变的,这符合常量的定义，因此 a 可以被视为一个常量。也是一个非类型形参。可以理解为这是一种规定。

注意：

1.非类型模板参数给的常量只能是整形常量。

2.非类型模板参数跟类型模板参数一样都是在编译阶段确认结果，实例化出一份代码。

 使用非类型模板参数实现一个访问数组类：

#include <iostream>
using namespace std;template<class T, size_t N = 10>
class A {
public:// 默认构造函数A(): _arr{}  // 使用 {} 对数组进行初始化，c++11的用法,_size(0){}// 接受数组作为参数的构造函数A(const T(&arr)[N], size_t size = N): _arr{} // 使用 {} 对数组进行初始化,_size(size){memcpy(_arr, arr, size * sizeof(T)); // 使用 memcpy 进行数组的拷贝}T& operator[](size_t i) {return _arr[i];}size_t size() const {return _size;}bool empty() const {return size() == 0;}private:T _arr[N];size_t _size;
};int main() {A<int> arr;cout << arr[0] << endl;A<int, 3> arr1({ 1, 2, 3 });for (size_t i = 0; i < arr1.size(); ++i) {cout << arr1[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

 

非类型模板参数在某些场景还是用的上的，具有一定的广泛意义。 

二、模板特化

在原模板的基础上，针对特殊类型所进行特殊化的实现方式。说白了其特化后就跟指定参数类型所要表达的意思没啥区别。

那么模板特化又有啥作用？

当进行一些特殊类型参数的比较，模板并不能够得到我们要的结果，所以就要单独对这个类型进行特殊化处理，即模板特化。例如：有两个指针，要比较两个指针的指向内容的大小，如果直接把指针传递给模板，那么其比较的就是地址的大小，而不是比较其指向内容大小，所以就要进行特化处理，实例化出一个该类型的函数，进行单独比较。

函数模板特化分为函数模板特化与类模板特化。 透过概念并不能够理解他们具体是如何特化的，接下来进行探索其奥秘。

2.1函数模板特化 

 规则：

1.必须要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<>,即template<>

3.函数名后跟一对尖括号<>,尖括号中必须指定需要特化的类型。

4.函数形参表：必须要和模板参数的基础参数类型完全相同，就是和函数名后面尖括号中的类型完全相同，否则会报错。

例如：

1.有一个函数模板

2.函数模板特化：

template<>

void fun<int*>(int* a, int* b){}

该函数模板特化，指定为int*类型，跟普通函数指定int*类型表达的意思没啥区别。

 比较两个指针指向内容的大小：

#include <iostream>
using namespace std;//基础函数模板
template<class T>
bool compare(T a, T b)
{return a < b;
}//模板特化
template<>
bool compare<int*>(int* a, int* b)//指定类型为int*
{return *a < *b;
}//普通函数
bool compare(int* a, int* b)
{return *a < *b;
}
int main() {int a = 3;int b = 4;cout << boolalpha << compare(a, b) << endl;//调用基础模板，以bool形式打印int* c = &a;int* d = &b;//如果想比较该两个指针指向的内容大小，那么还能继续调用该模板吗？//不能，如果直接把指针传过去，那么其比较的就是地址的大小，而不是比较其指向内容大小//有人可能就想在模板中改成 *a < *b;这样不就又改变了原来的意思，那要比较两个整形变量的大小，难道还能对整型变量解引用不可//所以就可以进行一个特化处理,让其调用该特化函数。//除了特化处理，也可以使用普通函数指定参数类型cout << boolalpha << compare(c, d) << endl;//当模板特化与普通函数同时存在且类型相同，那么优先会调用普通函数return 0;
}

结论：当函数模板不能处理一些特殊类型时，可以用普通函数代替函数模板特化

函数模板特化就这么一点内容，但类模板有一些不同，接下来了解了解吧 ~

2.2类模板特化

跟函数模板特化不一样的是，类模板特化没有规定其必须指定需要特化的类型，但其他规则还是跟函数模板特化差不多。那么在概念上可以将类模板的特化归类为全特化和偏特化，对于函数模板特化就可以理解为全特化。

 规则：

1.必须要有一个基础的类模板

2.关键字template后面接一对尖括号<>,全特化:尖括号中为空，偏特化:尖括号中不为空

3.类名后跟一对尖括号<>,尖括号中包含特化的类型。

2.2.1全特化

 将类模板中的所有参数都特化成所需类型

实现两个指针所指向内容的和：

#include <iostream>
using namespace std;template<class T1, class T2>
class A
{
public:A(T1 aa=0, T2 bb=0):_aa(aa),_bb(bb){}void test(){cout << (_aa + _bb) << endl;}
private:T1 _aa;T2 _bb;
};//全特化
template<>
class A<int* , int *>//指定类型为int*
{
public:A(int* p1,int* p2):_aa(p1), _bb(p2){}void test(){cout << *_aa + *_bb << endl;}
private:int* _aa;int* _bb;
};int main()
{int a = 3;int b = 4;A<int, int> add(a, b);//调用基础模板add.test();int* c = &a;int* d = &b;A<int*, int*> add1(c,d);//调用特化版本add1.test();return 0;
}

 

2.2.2偏特化 

偏特化从其字面意思理解就已经不是全特化，那么其具有两重含义：

1.特化部分参数

2.对模板参数加条件限制从而特化出另一个版本

注意：这里的参数指的是类名后的尖括号中的参数

  • 部分特化

顾名思义，模板参数表中的一部分参数进行特化。

同样实现两个指针所指向内容的和： 

//类模板特化
#include <iostream>
using namespace std;template<class T1, class T2>
class A
{
public:A(T1 aa = 0, T2 bb = 0):_aa(aa), _bb(bb){}void test(){cout << (_aa + _bb) << endl;}
private:T1 _aa;T2 _bb;
};// 部分特化
template<class T1>//部分特化尖括号不为空，保留的是未特化的参数
class A<T1, int*>//部分参数特化,且指定其类型为int*
{
public:A(int* p1, int* p2):_aa(p1), _bb(p2){}void test(){cout << *_aa + *_bb << endl;}
private:int* _aa;int* _bb;
};int main()
{int a = 3;int b = 4;A<int, int> add(a, b);//调用基础模板add.test();int* c = &a;int* d = &b;A<int*, int*> add1(c,d);//调用特化版本add1.test();return 0;
}

 

  • 参数限制 

 对原来的参数加了条件进行了一种限制，使其特化成了另一种参数类型，但是这种限制也是局限的，其原来参数符号要保留，再在原来参数上进行限制。例如：T->T*(√)  T->int(x)

//类模板特化
#include <iostream>
using namespace std;template<class T1, class T2>
class A
{
public:A(T1 aa = 0, T2 bb = 0):_aa(aa), _bb(bb){}void test(){cout << (_aa + _bb) << endl;}
private:T1 _aa;T2 _bb;
};// 参数限制
template<class T1, class T2>//参数限制中尖括号不为空，其参数全保留
class A<T1&, T2&>//对原有参数加了&进行一个限制，使其特化成了一个引用类型
{
public:A(T1& p1, T2& p2):_aa(p1), _bb(p2){}void test(){cout << _aa + _bb << endl;}
private:T1& _aa;T2& _bb;
};int main()
{int a = 3;int b = 4;A<int, int> add(a, b);//调用基础模板add.test();int& c = a;int& d = b;A<int&, int&> add1(c, d);//调用特化版本add1.test();return 0;
}

 

三、模板不支持分离编译

 分离编译模式，即一个程序由若干个源文件实现，每个源文件单独进行编译生成目标文件，最后将所有目标文件链接起来形成一个可执行文件。

对于模板，其实其并不支持分离编译，因为其需在编译时就确定模板类型，如果将模板的声明和定义分成两个文件，这两个文件在链接时编译器会寻找符号表，将相同符号类型进行合并，然而模板声明定义分离，其定义并不能够实例化，所以在链接时寻找符号表并不能找到相同的符号类型，从而链接错误。

验证：

 解决方法：

那就是模板的声明和定义不进行分离

四、模板优缺点 

 【优点】

1.模板增强了代码的复用性，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

【缺点】

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

这篇关于C++|模板进阶(非类型模板参数+特化)的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/928867。

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