C++ 模板进阶
创始人
2024-05-09 16:06:11
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1. 非类型模板参数

2. 模板的特化

2.1 概念

2.2 函数模板特化

2.3 类模板特化

2.3.1 全特化

2.3.2 偏特化

2.3.3 类模板特化应用示例

3. 模板总结


1. 非类型模板参数

我们在C语言中使用数组的时候可以定义静态数组,但是有个缺陷就是编译器在对越界检查的时候是抽查,所以C++就提出了array来替代静态数组,但是既然是模板,那我们怎么确定其静态数组的大小呢? 非类型模板参数就可以解决: 模板参数分类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
namespace liang
{// 定义一个模板类型的静态数组templateclass array{public:T& operator[](size_t index) { //这里就可以对越界进行检查assert(index < _size);return _array[index]; }private:T _array[N];size_t _size;};
}
int main()
{liang::array arr;return 0;
}

这样就能很好的解决了C语言的静态数组的问题了 。

但需要注意:

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。 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

2.1 概念

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,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:
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;
};// 函数模板 -- 参数匹配
template
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, 1, 10);Date d2(2022, 1, 13);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,有可能正确//因为这里比较的是指针的大小return 0;
}

面对这种场景我们就需要模板特化了:

2.2 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。

注意:一般情况下如果函数模板遇到不能处理或者处理有误的类型,为了实现简单通常都是将该函数直接给出。(也就是写成普通的函数,所以函数模板不建议特化,直接写出更加清晰
bool Less(Date* left, Date* right)
{return *left < *right;
}

2.3 类模板特化

2.3.1 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。
class Data
{
public:Data() { cout << "Data" << endl; }
private:T1 _d1;T2 _d2;
};
//类型全部给出
template<>
class Data
{
public:Data() { cout << "Data" << endl; }
private:int _d1;char _d2;
};
void TestVector()
{Data d1;Data d2;
}

2.3.2 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 偏特化有以下两种表现方式: 1.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 Data
{
public:Data() {cout<<"Data" <
参数更进一步的限制: 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 
class Data 
{
public:Data() { cout << "Data" << endl; }private:T1 _d1;T2 _d2;
};
//两个参数偏特化为引用类型
template 
class Data 
{
public:Data(const T1& d1, const T2& d2): _d1(d1), _d2(d2){cout << "Data" << endl;}private:const T1& _d1;const T2& _d2;
};

2.3.3 类模板特化应用示例

有如下专门用来按照小于比较的类模板Less: 如果我们没有写类的特化,那么这里比较的就是地址,从而日期类使用指针进行比较的话就会出错。
#include
#include 
template
struct Less
{bool operator()(const T& x, const T& y) const{return x < y;}
};
//特化
template<>
struct Less
{bool operator()(const Date*x, const Date* y) const{return *x < *y;}
};
int main()
{Date d1(2023, 1, 10);Date d2(2023, 1, 11);Date d3(2023, 1, 12);vector v1;v1.push_back(d1);v1.push_back(d2);v1.push_back(d3);// 可以直接排序,结果是日期升序sort(v1.begin(), v1.end(), Less());for (auto& e : v1){cout << e << endl;}cout << endl;vector v2;v2.push_back(&d1);v2.push_back(&d2);v2.push_back(&d3);// 可以直接排序,结果错误日期还不是升序,而v2中放的地址是升序// 此处需要在排序过程中,让sort比较v2中存放地址指向的日期对象// 但是走Less模板,sort在排序时实际比较的是v2中指针的地址,因此无法达到预期sort(v2.begin(), v2.end(), Less());for (auto& e : v2){cout << *e << endl;}cout << endl;return 0;
}

3. 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(特别是编译报错,往往一个错误可能就会报出很多错误,这是我们只需要看第一个,然后先解决第一个,基本其他的也就没问题了)

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