【 C++ 】函数模板进阶

目录1、非类型模板参数2、模板的特化2.1、概念2.2、函数模板特化2.3、类模板特化全特化偏特化类模板特化示例3、模板总结1、非类型模板参数模板参数分类类型形参与非类型形参。类型模板参数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。非类型模板参数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。假设我现在有一个静态栈//静态栈 templateclass T, size_t N class Stack { private: T _a[N]; int _top; };如果我现在想指定实例化对象中创建数组的大小那么就需要借助非类型模板参数来完成int main() { Stackint, 100 st1;//定义一个大小为100的静态数组 Stackdouble, 500 st2;//定义一个大小为500的静态数组 return 0; }这里非类型模板参数在C语言中是通过宏来实现的只不过宏不能使多个对象指定大小宏只能统一更改大小具有单一性这里C的非类型模板参数刚好可以解决这一问题。注意1、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只能是整型int、char……。2、非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。3、非类型模板参数给出的值为常量意味着不能修改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。templateclass T bool Less(T left, T right) { return left right; } int main() { cout Less(1, 2) endl; //1 可以比较结果正确 Date d1(2022, 7, 7); Date d2(2022, 7, 8); cout Less(d1, d2) endl; //1 可以比较结果正确 Date* p1 new Date(2022, 7, 16); Date* p2 new Date(2022, 7, 15); cout Less(p1, p2) endl; // 0/1 可以比较结果错误 }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指向值显然大于p2指向的值但是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指针的地址我p1和p2都是new出来的无法确定是谁先new的也就无法判断谁大。这就无法达到预期而错误。此时就需要对模板进行特化虽然传递*p1和*p2也可。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 -- 参数匹配 templateclass T bool Less(T left, T right) { return left right; } // 对Less函数模板进行特化 template bool LessDate*(Date* left, Date* right) { return *left *right; }注意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。bool Less(Date* left, Date* right) { return *left *right; }该种实现简单明了代码的可读性高容易书写因为对于一些参数类型复杂的函数模板特化时特别给出因此函数模板不建议特化这里我来举个例子来验证此观点templateclass T bool Less(const T left, const T right) { return left right; }对于此函数模板要想实现它的特化则必须要遵守和模板函数的基础参数类型完全相同这里const修饰left和right那么我特化后的const也同样要修饰left和righttemplateclass T bool Less(const T left, const T right) { return left right; } //特化 template bool LessDate*(Date* const left, Date* const right) { return *left *right; }综上函数模板不建议特化。注意对于类模板的特化也同样要注意参数匹配的问题这里先给出正确示例具体内容下文展示。如下的日期类#include iostream using namespace std; class Date { friend ostream operator(ostream _cout, const Date d); public: Date(int year 1900, int month 1, int day 1) : _year(year) , _month(month) , _day(day) { } bool operator(const Date d)const { return (_year d._year) || (_year d._year _month d._month) || (_year d._year _month d._month _day d._day); } bool operator(const Date d)const { return (_year d._year) || (_year d._year _month d._month) || (_year d._year _month d._month _day d._day); } private: int _year; int _month; int _day; }; ostream operator(ostream _cout, const Date d) { _cout d._year - d._month - d._day; return _cout; }实现特化进行指针类型比较的过程如下templateclass T class Less { public: bool operator()(const T x, const T y) { return x y; } }; template class LessDate* { public: bool operator()(Date* const x, Date* const y)//注意const的位置 { return *x *y; } }; int main() { Date* d1 new Date(2025, 8, 19); Date* d2 new Date(2025, 8, 20); LessDate* lessDate; cout lessDate(d1, d2) endl;//1 return 0; }2.3、类模板特化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。templateclass T1, class T2 class Data { public: Data() { cout DataT1, T2 endl; } private: T1 _d1; T2 _d2; }; //全特化 template class Dataint, double { public: Data() { cout Dataint, double endl; } }; int main() { Dataint, int d1;//DataT1, T2 Dataint, double d2;//Dataint, double Datachar, double d3;//DataT1, T2 }全特化是要参数均匹配才能调用全特化否则调用默认的模板。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() { cout DataT1, 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() { cout DataT1, T2 endl; } }; //全特化 template class Dataint, double { public: Data() { cout Dataint, double endl; } }; //半特化/偏特化 template class T1 class DataT1, char// 将第二个参数特化为char { public: Data() { cout DataT1, char endl; } private: T1 _d1; int _d2; }; int main() { Dataint, int d1;//DataT1, T2 普通 Dataint, double d2;//Dataint, double 全特化 Datachar, double d3;//DataT1, T2 普通 //只要第二个参数为char都会匹配半特化偏特化 Dataint, char d4;//DataT1, char 偏特化 Datachar, char d5;//DataT1, char偏特化 }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templateclass T1, class T2 class Data { public: Data() { cout DataT1, T2 endl; } }; //全特化 template class Dataint, double { public: Data() { cout Dataint, double endl; } }; //半特化/偏特化 template class T1 class DataT1, char// 将第二个参数特化为char { public: Data() { cout DataT1, char endl; } }; //两个参数偏特化为指针类型 template class T1, class T2 class Data T1*, T2*//只要你T1和T2是指针就走这里 { public: Data() { cout DataT1*, T2* endl; }; }; int main() { Dataint, int d1;//DataT1, T2 普通 Dataint, double d2;//Dataint, double 全特化 Datachar, double d3;//DataT1, T2 普通 //只要第二个参数为char都会匹配半特化偏特化 Dataint, char d4;//DataT1, char 偏特化 Datachar, char d5;//DataT1, char偏特化 //两个参数为指针 Dataint*, int* d6;//DataT1*, T2* Dataint*, string* d7;//DataT1*, T2* //只有一个参数是指针不算 Dataint*, int d8;//DataT1, T2 Dataint*, char d9;//DataT1, char }两个参数偏特化为引用类型templateclass T1, class T2 class Data { public: Data() { cout DataT1, T2 endl; } }; //全特化 template class Dataint, double { public: Data() { cout Dataint, double endl; } }; //半特化/偏特化 template class T1 class DataT1, char// 将第二个参数特化为char { public: Data() { cout DataT1, char endl; } }; //两个参数偏特化为指针类型 template class T1, class T2 class Data T1*, T2*//只要你T1和T2是指针就走这里 { public: Data() { cout DataT1*, T2* endl; }; }; //两个参数偏特化为引用类型 template class T1, class T2 class Data T1, T2//只要你T1和T2是指针就走这里 { public: Data() { cout DataT1, T2 endl; }; }; int main() { Dataint, int d1;//DataT1, T2 普通 Dataint, double d2;//Dataint, double 全特化 Datachar, double d3;//DataT1, T2 普通 //只要第二个参数为char都会匹配半特化偏特化 Dataint, char d4;//DataT1, char 偏特化 Datachar, char d5;//DataT1, char偏特化 //两个参数为指针 Dataint*, int* d6;//DataT1*, T2* Dataint*, string* d7;//DataT1*, T2* //只有一个参数是指针不算 Dataint*, int d8;//DataT1, T2 Dataint*, char d9;//DataT1, char //两个参数为引用 Dataint, char d10;//DataT1, T2 Dataint, char d11;//DataT1, T2 //指针引用混用调用的是普通的 Dataint*, char d12;//DataT1, T2 }类模板特化示例全特化运用场景#includevector #include algorithm templateclass T struct Less { bool operator()(const T x, const T y) const { return x y; } }; int main() { Date d1(2022, 7, 7); Date d2(2022, 7, 6); Date d3(2022, 7, 8); vectorDate 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(), LessDate()); vectorDate* v2; v2.push_back(d1); v2.push_back(d2); v2.push_back(d3); // 可以直接排序结果错误日期还不是升序而v2中放的地址是升序 // 此处需要在排序过程中让sort比较v2中存放地址指向的日期对象 // 但是走Less模板sort在排序时实际比较的是v2中指针的地址因此无法达到预期 sort(v2.begin(), v2.end(), LessDate*()); 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// 对Less类模板按照指针方式特化 template struct LessDate* { bool operator()(Date* x, Date* y) const { return *x *y; } };特化之后再运行上述代码就可以得到正确的结果。偏特化运用场景示例1#includevector #include algorithm templateclass 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 //全特化 template struct LessDate* { bool operator()(Date* x, Date* y) const { return *x *y; } }; //偏特化 templateclass T struct LessT*//只要你是指针都走我 { bool operator()(T* x, T* y) const { return *x *y; } }; int main() { //偏特化运用场景 vectorint* v3; v3.push_back(new int(3)); v3.push_back(new int(1)); v3.push_back(new int(2)); sort(v3.begin(), v3.end(), Lessint*()); return 0; }示例2templateclass T class Less { public: bool operator()(const T x, const T y) { return x y; } }; template//全特化 class Lessint* { public: bool operator()(int* const x, int* const y) { return *x *y; } }; templateclass T//偏特化 class LessT* { public: bool operator()(T* const x, T* const y) { return *x *y; } }; int main() { priority_queueint*, vectorint*, Lessint* q;//优先匹配最匹配的全特化 q.push(new int(2)); q.push(new int(3)); q.push(new int(1)); while (!q.empty()) { cout *q.top();// 3 2 1 q.pop(); } cout endl; return 0; }3、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点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