C++之模板详解（三千字长文详解）

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为世界献上祝福 2023-08-15 08:44:59 博主文章分类：c++ ©著作权

文章标签 偏特化函数模板 Less 文章分类 C/C++ 后端开发 yyds干货盘点

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模板

非类型模板参数

#define N 10
template<class T>
//静态的数组
class Array
{
private:
	T _a[N];
};
int main()
{
	Array<int> a1;    //这样子数组已经写死了！
	Array<double> a2;  //如果我们不想要10想要其他的大小那么我们就必须修改宏！这样子其实是不方便的！
	return 0;
}
==如果我们想要一个能够灵活定义的固定数组

==这时候宏就不够方便灵活了！为了能够适应这种状况！于是就有了非类型模板参数！==
template<class T,size_t N = 10>//模板可以有缺省值
class Array
{
private:
	T _a[N];
};
int main()
{
	Array<int,10> a1;   
	Array<double,10000> a2;
 //这样就可以规定我们想要的固定的数组大小了！
	return 0;
}
==非类型模板参数是一个整形常量！==

实际中C++的STL库的array里面也是使用非类型模板参数来实现了的！

==函数模板也是可以使用这个非类型模板参数==
template<class T,size_t N>
void Func(const T& x)
{
	cout << N << endl;
}
template<class T,double N>
void Func2(const T& x)
{
	cout << N << endl;
}
int main()
{
	Func<int, 100>(1);
    FUnc2<int,1.00>(1);
	return 0;
} 
==非类型模板参数是不可以是非整形的！==

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。
template<class T,size_t N>
void Func(const T& x)
{
	cout << N << endl;
}
int main()
{
	int a = 10;
	Func<int, a>(1);
	return 0;
}
==非类型模板参数必须给的是一个常量！变量是不行的！==

模板的特化

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

例如下面的例子
class Date
{
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);
	}

	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
	{
		_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
		return _cout;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
template<class T>
bool Less(T x, T y)
{
	return x < y;
}
int main()
{
	cout << Less(1, 2) << endl; //结果正确

	Date d1(2019, 1, 1);
	Date d2(2019, 1, 2);
	cout << Less(d1, d2) << endl; //结果正确

	Date* p1 = &d1;
	Date* p2 = &d2;
	cout << Less(p1, p2) << endl; //可以比较但是结果错误
	return 0;
}
==为什么会发生这种情况呢？因为我们希望的比较的不是日期类的指针的地址的大小！而是希望比较日期类的内容！==

==所以如果能够对针对某些类型进行特殊处理那就是最好的！==

这种特殊处理我们就叫做特化！
template<class T>
bool Less(T x, T y)
{
	return x < y;
}
//对于Date*类型进行偏特化！
template<>
bool Less<Date*>(Date* x, Date* y)
{
	return *x < *y;
}
==这样子就可以符合我们想要的行为了！==

==下面的会去调用特化的哪一个！==
偏特化是对模板的特化，是一种特殊情况！

当然了也有人回想那为什么不直接写一个对应的函数？非得要什么偏特化？
bool Less(Date* x, Date* y)
{
	return *x < *y;
}
==虽然这样子也是可以的但是，如果遇到了类模板就不行了！函数模板能用这个解决是因为有函数重载！==

类模板的特化

全特化

template<class T1, class T2>
class Base
{
public:
	Base()
	{
		cout << "Base<T1,T2>" << endl;
	}
public:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};
//假设如果我们想要对某种特定类进行特殊处理的话我们应该办？
//函数模板可以写一个普通的函数出来！但是类就不可以了！
//这就是对上面类的特化
template<>
class Base<double, double>
{
public:
	Base()
	{
		cout << "Base<double,double>" << endl;
	}
private:
};
//里面的内容可以自由定义，只是说如果是double的参数，那么就是用这个特化的模板类！不一样是要一样的！
int main()
{
	Base<int, int> b1;
	Base<double, double> d1;
	return 0;
}
另一个例子就是优先级队列的插入时候的比较

==我们看到如果我们使用的是data类的时候，我们就要显示的去写一个仿函数！==

但是有了类模板特化！我们就有了另一种新的解决办法！

==我们可以直接将less和greater等仿函数进行一次特化！我们不是对那种很大的类进行特化！我们一般是对仿函数之类的进行特化！==

上面的是全特化！就是对所有的参数进行特化！

半特化/偏特化

全特化的意思就是对全部的模板参数进行特化！

半特化就是只对部分的参数进行特化！
template<class T1, class T2>
class Base
{
public:
	Base()
	{
		cout << "Base<T1,T2>" << endl;
	}
public:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};
template<>//全特化
class Base<double, char>
{
public:
	Base()
	{
		cout << "Base<double,char>" << endl;
	}
private:
};
template<class T>//偏特化
class Base<T, char>
{
public:
	Base()
	{
		cout << "Base<T,char>" << endl;
	}
private:
};

int main()
{
	Base<int, int> b1;
	Base<int ,char> b2;//优先匹配偏特化
	Base<long long ,char> b3;//优先匹配偏特化
	Base<double,char> b4;//和全特化完全匹配！那么就匹配全特化！
	return 0;
}
==如果偏特化更加的合适！那么就会优先去匹配半特化/偏特化！而不是原模板==

只要你满足偏特化的那个特化的参数那么就会去匹配偏特化！

==如果和全特化完全匹配那么就会优先去匹配全特化而不是偏特化！==

可以简单的记忆就像是我们吃东西！有成品就吃成品，没有成品就吃半成品！

吃半成品就看那个半成品的参数匹配的更多！（比如有三个模板参数，有一个模板参数的偏特化，和两个模板参数的偏特化。如果能匹配上两个！那么就用两个的！而不是一个！）

只有什么都不匹配的时候，才去匹配原模板！

偏特化另一个用途——限制参数类型

template<class T1, class T2>
class Base<T1*, T2*>//这是一种更加宽泛的偏特化！是对指针这个类型进行特化！
{
public:
	Base()
	{
		cout << "Data<T1*,T2*>" << endl;
	}

};
int main()
{
	Base<int, int> b1;
	Base<int*, int*> b3;
	Base<char*, char*> b4;//只要是指针都会走这个！
	return 0;
}
template<class T1, class T2>
class Base<T1&, T2&>
{
public:
	Base()
	{
		cout << "Data<T1&,T2&>" << endl;
	}

};
int main()
{
	Base<int, int> b1;
	Base<int&,int&> b2;
	Base<double&, double&> b3;
	return 0;
}
==引用也是可以进行偏特化！==

==特化的本质体现了编译器的参数匹配原则==——==只要有这个参数的偏特化那么就优先使用这个参数的偏特化！==

有现成的吃现成的，没有现成的吃半成品，没有半成品最后才去自己搞

模板的优缺点

【优点】

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

增强了代码的灵活性

【缺陷】

模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长

出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误

对于分离编译支持不好！