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【C++笔记】模板进阶

news 2026/2/7 22:30:37

前言

各位读者朋友们大家好！上一期我们讲了stack、queue以及仿函数。先前我们讲过模板的初阶内容，这一期我们来更深入的学习一下模板。

一. 非类型模板参数

1.1 非类型模板参数

模板参数分为类型形参和类类型形参：

类型形参：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)模板中将该参数当作常量来使用
非类型模板参数通常用来定义静态数组或者其他容器的大小。

// 定义一个模板类静态数组
template<size_t N = 20, class T>
class array
{
private:T _array[N];size_t _size;
};

非类型模板参数与宏的对比
宏也能实现这样的的功能，但是宏大小是写死的，非类型模板参数的大小可以随我们传的参数的变化而变化。
非类型模板参数必须在编译期就能确认结果。
在这里插入图片描述
非类型模板参数的参数类型：
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。

浮点数在C++20以后支持做非类型模板参数，string不支持
因为bool类型也是整型的一种，因此bool类型也可以做非类型模板参数
在这里插入图片描述

非类型模板参数是可以给缺省值的，如果我们不传参数要怎么写呢？
在这里插入图片描述
还是推荐类名+<>的写法

1.2 array和静态数组

在这里插入图片描述
C++提供了array容器，非类型模板参数在这里就有了应用，array是一个定长的数组，不支持插入和删除数据,那array和静态数组的区别在哪呢？

二. 模板的特化

2.1 特化的概念

通常情况下，使用模板可以实现与类型无关的代码，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。

2.2 函数模板特化

在这里插入图片描述
对于这两个比较是可以正常实现的，但是对于下面的情况就不能按我们想要实现的逻辑实现了：

Date* p1 = &d1;
Date* p2 = &d2;
cout << Less(p1, p2) << endl;

这里是按地址比较的，可能就不会是我们想要的结果，因此我们可以来个模板的特化:

template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
{return *left < *right;
}

在这里插入图片描述
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。

函数模板特化有时候会有大坑，我们推荐将需要特化的函数直接写成函数，模板和现有函数中，编译器会优先选择现有的函数使用
在这里插入图片描述

像这种情况下，const和引用、指针同时存在的时候就很容易混乱，所以尽量将函数特化写成普通函数。

2.3 类模板特化

模板的特化跟缺省参数类似

2.3.1 全特化

全特化即将模板参数列表中的所有参数都确定

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

上面是一个类模板，下面是这个模板的全特化

template<>
class Data<int, char>
{
public:Data() {cout << "Data<int, char>" << endl; }
private:int _d1;char _d2;
};

当在模板调用的时候，有全特化就会调用全特化，没有全特化就会调用模板，模板再去实例化。

2.3.2 偏特化

任何针对模板参数进行进一步条件限制设计的特化版本。

template<class T>
class Data<T, char>
{
public:Data(){cout << "Data<T, char>" << endl;}
};

这样就是偏特化，当模板参数对应的时候，全特化和偏特化都存在会走全特化，只有偏特化就走偏特化，参数不对应就走普通模板实例化。
在这里插入图片描述
偏特化还能特化为指针或i引用的模板，当传的类型是指针或者引用的时候就调用偏特化的指针或者引用的模板

template <typename T1, typename T2>
class Data <T1*, T2*>
{
public:Data() {cout << "Data<T1*, T2*>" << endl;}
};
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;}
};

在这里插入图片描述
注意：模板特化类型T1和T2是原类型，如传的int * 和int& 那么T1和T都是int类型，如果是int **那就是int *

三. 模板的分离编译

3.1 分离编译

一个程序（项目）由若干个源文件和共同实现，而每个原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可以形成单一的可执行文件的过程称为分离编译模式。

3.2 模板的分离编译

在这里插入图片描述

四. 模板总结

【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

结语

这期就讲完了模板的进阶内容，希望对大家有所帮助，欢迎大家批评指正！

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