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【C++初阶】模板进阶

news 来源：原创 2025/8/28 7:06:46

模板参数

模板的特化

函数特化

类模板特化

全特化

偏特化

模板分离编译

分离编译

模板的分离编译

为什么模板不支持声明和定义分离呢？

解决方法

模板总结

优点

缺点

模板参数

模板参数分为类型形参和非类型参数

类型形参：出现在模板形参列表中，跟在class或typename之类的参数类型名称

如果有对模板基础知识点不太清楚的，可以移步至

【C++初阶】模板初阶-CSDN博客

有类型模板形参就有非类型模板形参，非类型模板形参就是用一个常量作为类/函数模板的参数，在类/函数模板中将这参数当作常量来使用

template<class T, size_t n = 10>
class stack
{
private:int a[n];size_t _size;
};

注：

1、浮点数、类对象以及字符串只在C++20以后才被作为非类型模板参数使用

2、非模板的模板参数必须在编译期间就能确定结果

模板的特化

我们在使用模板的时候，可以实现一些和类型无关的代码，但对于一些特殊类型就需要特殊处理，否则就会得到错误结果，如指针类型

template<class T>
bool Less(const T& x, const T& y)
{return x < y;
}int main()
{int x = 1;int y = 2;cout<<Less(x,y)<<endl;//结果正确int* px = &x;int* py = &y;cout<<Less(p1,p2)<<endl;//结果错误}

可以知道的是，Less可以进行绝大多数类型变量的比较，但在处理指针时，这里比较的就不是指针指向的内容，而是指针本身(也就是地址)，所以结果是错误的

在这时我们就需要根据特殊情况进行特殊处理了——特化

特化分为函数特化和类特化

函数特化

特化步骤：

1、必须要先有一个基础的函数模板

2、关键字template后面接一个<>，里面什么都不用写

3、函数名后面跟一个<>，<>里面指明需要特化的类型

4、特化函数的形参表必须和函数模板的形参类型一致，如果没有一致就会出错

例：

template<class T>
bool Less(const T& x, const T& y)//这里的const是修饰x，y本身的
{return x < y;
}
//函数模板特化:本质是类型传参
//针对某些特殊类型进行特殊化处理template<>
//参数列表中类型要与模板函数的基础参数类型完全相同
bool Less<Date*>(Date* const& x, Date* const& y)
//当使用const引用和指针时，要注意const放在左边还是右边，const再左边是修饰指针指向的类型，右边是修饰指针本身
{return *x < *y;
}

当然了，在面对特殊类型的情况时，我们也可以直接把对应类型的函数写出来，这样就简单且方便

所以函数模板特化其实是比较鸡肋的，我们一般不推荐使用函数模板特化

类模板特化

类模板特化分为全特化和偏特化

全特化

全特化就是将模板参数列表中所有参数都确定下来

template<class T1, class T2>
class Data
{
public:Data() { cout << "Data<T1, T2>" << endl; }
private:T1 _d1;T2 _d2;
};template<>
class Data<int, int>
{
public:Data() { cout << "Data<int, int>" << endl; }
};template<>
class Data<int, char>
{
public:Data() { cout << "Data<int, char>" << endl; }
};int main()
{Data<int,int> a1;Data<int*,int*> a2;Data<int, char> a3;return 0;
}

偏特化

偏特化是任何针对模板参数进一步条件设计的特化版本

//偏特化
template<class T1>
class Data<T1, int>
{
public:Data() { cout << "Data<T1, char>" << endl; }
};template <class T1, class T2>
class Data <T1&, T2&>
{
public:Data(){cout << "Data<T1&, T2&>" << endl;}
};template <class T1, class T2>
class Data <T1*, T2*>
{
public:Data(){cout << "Data<T1*, T2*>" << endl;}
};int main()
{Data<char, int> a4;Data<int&, int&> a5;Data<char*, char*> a6;return 0;
}

模板分离编译

分离编译

一个项目是由若干个源文件共同实现的，每个源文件单独编译形成目标文件。在最后将所有目标文件链接在一起形成单一可执行文件的过程就称为分离编译模式

我们一般都是声明和定义分开在两个文件中，而模板却不能随意的进行声明和定义分离

模板的分离编译

//func.h
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;template<class T>
void func(int x);//func.cpp
#include"func.h"template<class T>
void func(int x)
{cout << x << endl;
}//test.cpp
#include"func.h"int main()
{func(1);return 0;
}

为什么模板不支持声明和定义分离呢？

普通函数都是知道自己的参数类型的，所以在声明和定义分离的后编译时，编译器能在符号表中找到各自位置，也就不存在上述的链接问题

而模板是需要实例化的，一个模板类/函数在不同文件中会被使用到很多次，如果每次都需要编译器去查看它们被实例化成什么类型，那会极大地降低运行效率

而声明和定义分离在不同文件后，知道要实例化成什么的地方只有声明没有定义；有定义的地方又不知道要实例化成声什么，这就会导致链接错误

解决方法

1、显式实例化：模板定义的位置显式实例化(告诉模板要实例化成什么类型)

//func.cpp
#include"func.h"template<class T>
void func(T x)
{cout << x << endl;
}
template
void func(int x);

但这种办法不推荐，因为一个模板类/函数会被实例化很多次，那也就会有很多种类型，使用这种方法就很麻烦就不推荐使用

2、将声明和定义发到同一个源文件中(推荐使用)

//func.h
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;template<class T>
void func(T x);template<class T>
void func(T x)
{cout << x << endl;
}

补充：typename特殊使用

我们在使用模板时，在class和typename使用方面在大多数情况下，两者是没有区别

也有特殊情况：

#include<iostream>
#include<vector>
#include<list>using namespace std;template<typename Container>
void print(const Container& con)
{Container::const_iterator it = con.begin();while (it != con.end()){cout << *it << ' ';++it;}cout << endl;
}int main()
{vector<int> v1 = { 1,2,3 };print(v1);vector<double> v2 = { 1.1,2.2,3.3 };print(v2);list<int> v3 = { 1,2,3 };print(v3);return 0;
}

编译后会出现下面的错误，在这是就需要在我们定义的it前面加上typename

那为什么要加typename呢？加上这个又有什么用呢？

我们在定义it的时候，是没有给定类型的，是需要后面实例化的时候给定，所以编译器就无法从Container中取出类型为const_iterator的类型，就会报错

而加上typename就相当于程序员给编译器一个承诺：告诉编译器把这个Container::const_iterator当作一个类型，至于是什么后面实例化的时候会给编译器

这样就完成了

typename Container::const_iterator it = con.begin();

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

2、增强了代码的灵活性

缺点

1、模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长

2、出现模板编译错误问题时，错误信息会很凌乱不容易确定错误

【C++初阶】模板进阶

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