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【C++】非类型模板参数 || 类模板的特化

news 来源：原创 2025/6/17 14:29:45

1. 非类型模板参数

2. 模板特化

3. 类模板特化

3.1.全特化

3.2 部分特化

3.3 参数更进一步限制

3.4 类模板应用

1. 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。

template<class T, size_t N=10> //T为类型参数，N为非类型参数
class array
{
public:size_t size(){return sizeof(_array) / sizeof(T);}	
private:T _array[N];
};int main()
{array<char>arr;std::cout << arr.size() << std::endl;return 0;
}

有些时候，一个函数模板不足以实现传所有类型参数所期望达到的功能，就比如比较大小，如果传int，double，这些都好说，但是如果传指针，想比较指针指向位置数据的大小，那么就会出错，因为模板的实现会比较指针的大小而非指针指向位置数据的大小。
因此，如果我们对该模板传入某一特定类型参数的情况进行特殊处理，以适应该情况模板需要实现的功能，这个过程就叫模板的特化。
模板的特化：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。

//enum color 为传统枚举类型，全局命名空间，会隐式类型转换为整形；
//enum class color C++11引入的新类型，将枚举限定在一个作用域内，且不会隐式转换为整形；
enum class color
{red, green, blue
};void func()
{cout << "func" << endl;
}class Ref
{
public:void print() { cout << "class ref" << endl; }
}f;template<class T, color c, void(*func)(), Ref& r>
class A
{
public:void print() { printf("T _a = %c\n", _a);printf("int _b = %d\n", _b);printf("int _p = %p\n", _p);_r.print();}
private:T _a = 'a';int _b = static_cast<int>(c);int* _p = (int*)func;Ref _r = r;
};int main()
{A<char, color::blue, func, f> a;a.print();return 0;
}

2. 模板特化

通常，使用模板可实现与类型无关的代码，但对一些特殊的类型可能会得到错误的结果，此时需对模板进行特化，即在原模板类的基础上，针对特殊类型进行特殊化实现的方式；

// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{return left < right;
}// 对传Date*类型的模板进行特化处理
template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
{return *left < *right;
}
// 注意函数模板特化的语法：
// template<> 
// 函数模板名<模板参数列表>(函数参数列表)      一定注意这里的模板参数列表和函数参数列表的匹配
// { 函数体 }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，结果正确// 调试会发现，走了模板的特化版本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。

3. 函数类模板特化

函数模板的特化步骤：

必须要先有一个基础的函数模板
关键字template后面接一对空的尖括号<>
函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型
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。

3.1.全特化

全特化是将类模板的所有参数都确定化。

template<class T1, class T2>
class Data
{
public:Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }
private:T1 _d1;T2 _d2;
};// 全特化，将所有模板参数都确定
template<>
class Data<int, char>
{
public:Data() { cout << "Data<int, char>" << endl; }
private:int _d1;char _d2;
};void TestVector()
{// 不符合全特化就走普通模板，符合就走全特化Data<int, int> d1;Data<int, char> d2;
}int main()
{TestVector();return 0;
}

3.2 部分特化

template<class T1, class T2>
class Data
{
public:Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }
private:T1 _d1;T2 _d2;
};// 部分特化：将第二个参数特化为int，模板的<>中仍保留没有特化的参数
template <class T1>
class Data<T1, int>
{
public:Data() { cout << "Data<T1, int>" << endl; }
private:T1 _d1;int _d2;
};int main()
{Data<int, int> d1;Data<int, char> d2;return 0;
}

3.3 参数更进一步限制

template<class T1, class T2>
class Data
{
public:Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }
private:T1 _d1;T2 _d2;
};//两个参数偏特化为指针类型
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1*, T2*>
{
public:Data() { cout << "Data<T1*, 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){cout << "Data<T1&, T2&>" << endl;}
private:const T1& _d1;const T2& _d2;
};
void test()
{Data<int, double> d1; // 调用基础的模板Data<int*, int*> d2; // 调用特化的指针版本Data<int&, int&> d3(1, 2); // 调用特化的指针版本
}int main()
{test();return 0;
}

3.4 类模板应用

在仿函数比较大小的特例中，有重要应用。

#include "Date.h"
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<iostream>
using namespace std;template<class T>
struct Less
{bool operator()(const T& x, const T& y) const{return x < y;}
};// 对Less类模板按照指针方式特化，处理类型为指针的情况
template<>
struct Less<Date*>
{bool operator()(Date* x, Date* y) const{return *x < *y;}
};int main()
{Date d1(2022, 7, 7);Date d2(2022, 7, 6);Date d3(2022, 7, 8);vector<Date> 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<Date>());vector<Date*> v2;v2.push_back(&d1);v2.push_back(&d2);v2.push_back(&d3);sort(v2.begin(), v2.end(), Less<Date*>());// 如果不走特化版本的话，指针的排序结果是不正确的// 所以需要写特化版本来处理指针的排序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

3.5 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：

解决方法

模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，不推荐使用。
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。

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。

【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

本章完。

1. 非类型模板参数

2. 模板特化

3. 函数类模板特化

3.1.全特化

3.2 部分特化

3.3 参数更进一步限制

3.4 类模板应用

3.5 模板分离编译

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