C++數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模板進(jìn)階的多方面分析

更新時(shí)間：2022年02月28日 17:05:15 作者：呆呆獸學(xué)編程

今天我要給大家介紹C++中的模板更深的一些知識(shí)。有關(guān)于非類型的模板參數(shù)和模板特化的一些知識(shí)，感興趣的朋友快來(lái)看看吧

??非類型模板參數(shù)

模板參數(shù)分類類型形參與非類型形參。

類型模板形參：出現(xiàn)在模板參數(shù)列表中，跟在class或者typename后面的參數(shù)類型名稱。（這個(gè)我們之前有講過(guò)）
非類型模板形參：用一個(gè)常量作為模板的一個(gè)參數(shù)，必須是整形家族中的類型參數(shù)，否則不行。他在模板中可以當(dāng)常量使用。

實(shí)例：

// 類型模板參數(shù)
namespace wxj
{
	// 非類型模板參數(shù) N 是一個(gè)常量參數(shù)，只能是整形家族的：int short char long  long long    自定義類型和其他類型都不能作費(fèi)類型模板參數(shù)
	// 必須在編譯期就能確認(rèn)結(jié)果
	template<class T, size_t N = 10>
	class Array
	{
	public:
		Array()
			:_size(N)
		{}
		T& operator[](size_t i)
		{
			return _arr[i];
		}
		const T& operator[](size_t i) const
		{
			return _arr[i];
		}
		size_t size()
		{
			return _size;
		}
		bool empty()
		{
			return _size == 0;
		}
	private:
		T _arr[N];
		size_t _size;
	};

	void TestArray()
	{
		Array<int, 5> arr;
		for (size_t i = 0; i < arr.size(); ++i)
		{
			arr[i] = i;
		}
		for (size_t i = 0; i < arr.size(); ++i)
		{
			cout << arr[i] << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

int main()
{
	wxj::TestArray();
	return 0;
}

代碼運(yùn)行結(jié)果如下：

看上面，我們定義了一個(gè)數(shù)組類，空間大小由N決定，類型是Array<T, size_t>

注意：

非類型形參必須是整形家族中的類型，浮點(diǎn)數(shù)和類對(duì)象都不行。
非類型的模板形參必須在編譯期間就能確認(rèn)結(jié)果。

??模板的特化

模板特化：在原模板類的基礎(chǔ)上，針對(duì)特殊類型所進(jìn)行的特殊化的實(shí)現(xiàn)。分為函數(shù)模板特化和類模板特化。

??函數(shù)模板的特化

特化的步驟

必須先有一個(gè)基礎(chǔ)的函數(shù)模板
關(guān)鍵字template后面接一對(duì)空的尖括號(hào)<>
函數(shù)名后跟一對(duì)尖括號(hào)<>，里面指定需要的特化的類型
函數(shù)形參列表：必須和函數(shù)模板的基礎(chǔ)參數(shù)類型完全一致

實(shí)例

// 模板的特化    模板的特殊化
template<class T>
bool IsEqual(T& left, T& right)
{
	return left == right;
}

 // 特化  針對(duì)某些類型進(jìn)行特殊化處理
template<>
bool IsEqual<const char* const>(const char* const& left, const char* const& right)
{
	return strcmp(left, right) == 0;
}

注意：一般情況下如果函數(shù)模板遇到不能處理或者處理有誤的類型，為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單通常都是將該函數(shù)直接給出。

bool IsEqual(char* left, char* right)
{
	return strcmp(left, right) == 0;
}

??類模板的特化

類模板的特化分為全特化和偏特化。

全特化：對(duì)類模板參數(shù)列表的類型全部都確定（明確指定）

template <class T1, class T2>
class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date<T1, T2>" << endl;
	}
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};

// 全特化
template<>
class Date<int, double>
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date<int, double>" << endl;
	}
private:
	int _d1;
	double _d2;
};

偏特化：堆類模板的參數(shù)列表中部分參數(shù)進(jìn)行確定化分為部分特化和參數(shù)進(jìn)一步限制

部分特化

// 部分
template<class T2>
class Date<int, T2>
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date<int, T2>" << endl;
	}
private:
	int _d1;
	T2 _d2;
};

參數(shù)進(jìn)一步限制如下有T*和T&，是模板的類型轉(zhuǎn)為指針類型和引用類型

// 參數(shù)進(jìn)一步限制  堆模板參數(shù)更進(jìn)一步的條件限制
template <class T1, class T2>
class Date<T1*, T2&>
{
public:
	Date(int& a)
		:_d2(a)
	{
		cout << "Date<T1*, T2&>" << endl;
	}
private:
	T1* _d1;
	T2& _d2;
};

實(shí)例我們?cè)囍鴮?shí)例化幾個(gè)對(duì)象，看他們用的是哪個(gè)模板

int main()
{
	Date<int, int> d1;
	Date<int, double> d2;
	Date<int, float> d3;
	int a = 10;
	Date<int*, int&> d4(a);
	return 0;
}

代碼運(yùn)行結(jié)果：

??模板的分離編譯

分離編譯：我們對(duì)這個(gè)應(yīng)該是不陌生的，就是把函數(shù)的聲明放在一個(gè)叫**.h的文件中，實(shí)現(xiàn)都放在一個(gè)叫.cpp**的文件中，這樣方便我們管理。

下面我們?cè)囍鴮?duì)模板進(jìn)行分離編譯：

// a.h
#pragma once


// 普通函數(shù)
void Swap(int& a, int& b);
// 函數(shù)模板
template<class T>
T Add(const T& a, const T& b);

// a.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "a.h"

// 普通函數(shù)
void Swap(int& a, int& b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}
// 函數(shù)模板
template<class T>
T Add(const T& a, const T& b)
{
	return a + b;
}

// test.cpp
#include "a.h"

int main()
{
	int a = 3;
	int b = 4;

	Swap(a, b);
	cout << "a = " << a << " b = " << b << endl;
	cout << Add(a, b) << endl;
	
	return 0;
}

代碼運(yùn)行結(jié)果如下

代碼運(yùn)行時(shí)發(fā)生了報(bào)錯(cuò)，說(shuō)Add這個(gè)函數(shù)是沒(méi)有見過(guò)的。得出結(jié)論：函數(shù)模板不能分離編譯，普通函數(shù)可以。

為什么會(huì)這樣呢？

C++程序運(yùn)行一般經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段：預(yù)處理——>編譯——>匯編——>鏈接（更詳細(xì)的內(nèi)容可以參考往期博客——程序的編譯）

模板在.cpp中定義了，由于不知道T的類型，所以沒(méi)有對(duì)模板進(jìn)行實(shí)例化。
a.h 和 a.cpp 走的是兩條不同的路，兩條路都沒(méi)有對(duì)模板進(jìn)行實(shí)例化（因?yàn)椴恢繲的類型）。
因?yàn)闆](méi)有對(duì)模板進(jìn)行實(shí)例化，所以沒(méi)有函數(shù)參數(shù)，也就沒(méi)有函數(shù)地址，所以在鏈接時(shí)，test.cpp中的調(diào)用Add函數(shù)時(shí)，沒(méi)有函數(shù)地址，call調(diào)用不到Add函數(shù)，所以報(bào)錯(cuò)。

解決方法：