在前面C模版初阶的学习中我们已经知道函数模板和类模板能让代码变得通用而灵活但除此之外还有一些模板的知识需要我们在本篇文章中进行学习。传送门C模板初阶目录非类型模板参数什么是非类型模板参数使用限制典型的应用静态数组——arrary非类型模板参数必须是编译期常量模板的特化概念函数模板的特化类模板的特化全特化偏特化类模板特化应用示例模板分离编译什么是分离编译解决方法模板总结非类型模板参数什么是非类型模板参数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例如当我们需要指定类模板中的元素的大小时#includeiostream templatesize_t N //只能是整形 class Stack { private: int _arr[N]; int _top; }; int main() { //这样就可以指定大小了 Stack5 s1; Stack10 s2; return 0; }这里 N 在编译期就被替换为具体数值_arr的大小在编译时就确定了。这比在构造函数里动态分配内存更快栈上分配。使用限制非类型模板参数不是想传什么类型都行一般只允许整型家族包括 int、short、long、char、bool、size_t 等)C20 放宽了限制允许浮点数和某些类类型但主流环境目前仍以整型为主。典型的应用静态数组——arraryC11 引入的std::array就是一个固定大小的数组容器它正是通过非类型模板参数来指定大小的。使用时要带上头文件arraytemplateclass T, size_t N 10 class array { public: T operator[](size_t index) { assert(index N); return _array[index]; } private: T _array[N]; size_t _size; };array 的底层就是一个 C 风格数组 T _array[N]所有元素都在栈上分配内存连续访问效率还不错但它不会初始化。相比之下vector 的实用性会更好一点不过vector的元素存放在堆上而栈上开辟空间比在堆上开辟空间效率要高, 不过平时用的时候还是更推荐使用vector。对比原生数组array 最大的优势是安全的越界检查。原生数组的越界行为是未定义的int a3[10]; cout a3[10] endl; // 越界读不报错未定义行为 a3[10] 10; // 越界写可能编译期/运行时都不报错但属于严重错误编译器对原生数组的越界检查是“抽查”在数组末尾附近放几个标志位程序结束时检查是否被修改越界写但不检查越界读。而 array::operator[] 内部使用了 assert或抛出异常来严格检查下标让错误更容易被发现。非类型模板参数必须是编译期常量这是非类型模板参数最重要的性质。传递给非类型参数的值必须在编译期就能确定不能是运行时变量。int n 10; Stackn s; // 错误n 是运行期变量 const int m 20; Stackm s2; // 正确m 是编译期常量这也是为什么std::array的大小必须写在中而不能通过构造函数动态传入因为数组大小直接决定了类型而类型必须在编译期确定。模板的特化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// 函数模板 -- 参数匹配 templateclass 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 //这里比较的是地址 return 0; }可以看到Less绝对多数情况下都可以正常比较但是在特殊场景下就得到错误的结果。上述示 例中p1指向的d1显然小于p2指向的d2对象但是Less内部并没有比较p1和p2指向的对象内 容而比较的是p1和p2指针的地址这就无法达到预期而错误。此时就需要对模板进行特化。即在原模板类的基础上针对特殊类型所进行特殊化的实现方式。模板特化中分为函数模板特化与类模板特化。函数模板的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。// 函数模板 -- 参数匹配 templateclass T bool Less(T left, T right) { return left right; } // 对Less函数模板进行特化 template bool LessDate*(Date* left, Date* right) { return *left *right; } int main() { cout Less(1, 2) endl; Date d1(2022, 7, 7); Date d2(2022, 7, 8); cout Less(d1, d2) endl; Date* p1 d1; Date* p2 d2; cout Less(p1, p2) endl; // 调用特化之后的版本而不走模板生成了 return 0; }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。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。类模板的特化全特化全特化就是将模板参数中的所有参数全部确定化templateclass T1, class T2 class Data { public: Data() {coutDataT1, T2 endl;} private: T1 _d1; T2 _d2; }; template class Dataint, char { public: Data() {coutDataint, char endl;} private: int _d1; char _d2; }; void TestVector() { Dataint, int d1; Dataint, char d2; }偏特化偏特化就是将任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本。比如对于以下模板类templateclass T1, class T2 class Data { public: Data() {coutDataT1, T2 endl;} private: T1 _d1; T2 _d2; };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。// 将第二个参数特化为int template class T1 class DataT1, int { public: Data() {coutDataT1, int endl;} private: T1 _d1; int _d2; };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 typename T1, typename T2 class Data T1*, T2* { public: Data() {coutDataT1*, T2* endl;} private: T1 _d1; T2 _d2; }; //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) { coutDataT1, T2 endl; } private: const T1 _d1; const T2 _d2; }; void test2 () { Datadouble , int d1; // 调用特化的int版本 Dataint , double d2; // 调用基础的模板 Dataint *, int* d3; // 调用特化的指针版本 Dataint, int d4(1, 2); // 调用特化的指针版本 }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#includevector #includealgorithm templateclass T struct Less { bool operator()(const T x, const T y) const { return x y; } }; int main() { Date d1(2022, 7, 7); Date d2(2022, 7, 6); Date d3(2022, 7, 8); vectorDate 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(), LessDate()); vectorDate* 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(), LessDate*()); return 0; }通过观察上述程序的结果发现对于日期对象可以直接排序并且结果是正确的。但是如果待排序元素是指针结果就不一定正确。因为sort最终按照Less模板中方式比较所以只会比较指针而不是比较指针指向空间中内容此时可以使用类版本特化来处理上述问题// 对Less类模板按照指针方式特化 template struct LessDate* { bool operator()(Date* x, Date* y) const { return *x *y; } };特化之后在运行上述代码就可以得到正确的结果模板分离编译什么是分离编译一个程序项目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的过程称为分离编译模式模板的分离编译假如有以下场景模板的声明与定义分离开在头文件中进行声明源文件中完成定义// a.h templateclass T T Add(const T left, const T right); // a.cpp templateclass T T Add(const T left, const T right) { return left right; } // main.cpp #includea.h int main() { Add(1, 2); Add(1.0, 2.0); return 0; }分析解决方法1.将声明和定义放到一个文件xxx.hpp里面或者xxx.h其实也是可以的。推荐使用这种。2.模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用不推荐使用模板总结【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