C++之模板进阶

1 非类型模板参数模板参数分为类型形参和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。例:templateclass T1,typename T2 class A { public: A() { printf(AT1,T2\n); } private: T1 _a1; T2 _a2; }非类型形参即: 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:templateclass T,int N10//非类型参数可以有缺省值 class A { private: T _a[N]; }注:1 非类型模板参数跟类型模板参数一样都可以有缺省值2 非类型模板参数设定的常量可以根据动态确认比宏更加灵活3 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。4 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:templateclass T class Less { bool operator() (const T p1,const T p2) { return p1p2; } } 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; }可以看到在绝大多数情况下Less都是可以正常比较的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。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。template class T T func(T x1, T x2) { printf(T func(T x1, T x2)\n); } template char funcchar(charx1, charx2) { printf(char funcchar(charx1, charx2)\n); }注意1 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。2 模板参数是const T 并且特化的模板参数是指针的时候特化的模板参数要写成 type * const 因为const T是对变量本身进行修饰如果特化指针类型的时候将const放在type*前面那么const修饰的是指针指向的对象而不是指针本身例:templateclass T void func(const T x1,const T x2) { printf(void func(const T x1,const T x2)\n); } template //不能写成void funcint*(const int* x1,const int* x2) void funcint*(int* const x1,int* const x2) { printf(void funcint*(int* const x1,int* const x2)\n); }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全特化步骤:1. 必须要先有一个基础的类模板2. 关键字template后面接一对空的尖括号3. 类名后跟一对尖括号尖括号中指定需要特化的全部的类的形参例:templateclass T1, class T2 class Data { public: Data() { cout DataT1, T2 endl; } private: T1 _d1; T2 _d2; }; template class Dataint,char { public: Data() { cout Dateint, char endl; } private: int _d1; char _d2; };注意:全特化也可以用模板参数特化指针类型和引用类型但是模板参数表示的是不带指针和引用的原类型例:templateclass T1, class T2 class Data { public: Data() { cout DataT1, T2 endl; } private: T1 _d1; T2 _d2; }; template class DataT1*,T2//T1和T2可以用来表示传来的类型 { public: Data() { cout class DataT1*,T2 endl; } private: T1 _d1; T2 _d2; }; int main() { Dataint,int d1; //传入int*和char走类的特化此时T1表示的不是int*而是intT2表示的不是char而是char Dataint*,char 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1 部分特化将模板参数类表中的一部分参数特化。templateclass T1, class T2 class Data { public: Data() { coutDataT1, T2 endl; } private: T1 _d1; T2 _d2; }; templateclass T2 class Dataint, T2 { public: Data() { cout class Dataint, T2 endl; } private: int _d1; T2 _d2; };2 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 }3 模板的分离编译3.1 回顾程序生成可执行程序流程1 预处理头文件展开/宏替换/条件编译/去掉注释.....生成文件后缀为.i2 编译检查语法生成汇编代码生成文件后缀为.s3 汇编汇编代码转换为二进制机器码生成.o文件4 链接目标文件合并在一起生成可执行程序并且把需要的函数地址等链接上生成文件后缀为.exe3.2 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。3.3 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; }3.4 为什么模板分离编译会报错因为程序在生成可执行程序的时候程序会在最后链接这一步的时候才会整合所有源文件查找函数定义生成函数表导致在之前的编译汇编阶段编译器是不会报错只会在最后一步出错。链接不上是因为每个源文件都是相互独立的所以在链接的那一步之前在函数模板定义的源文件无法得知调用函数的源文件在来链接之前传入的参数类型所以无法进行实例化导致了链接错误3.5 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例:// 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; } template//显示实例化 int Add(const int left, const int right) { return left right; } // main.cpp #includea.h int main() { Add(1, 2); return 0; }分离编译拓展阅读为什么C编译器不能支持对模板的分离式编译-CSDN博客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