C++初阶：模版相关知识的进阶内容（非类型模板参数、类模板的特化、模板的分离编译）
C++初阶：模版相关知识的进阶内容（非类型模板参数、类模板的特化、模板的分离编译）
结束了常用容器的介绍，今天继续模版内容的讲解：
1.非类型模版参数
模板参数可以大致分为：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
#include<iostream>
using namespace std;
template<class T,int N>
class MyArray
{
public:
MyArray()
{
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
_arr[i] = i;
}
}
void print()
{
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
cout << _arr[i] << " ";
}
}
private:
T _arr[N];//定义一个静态数组
};
void test1()
{
MyArray<int, 10> my;
my.print();
}
int main()
{
test1();
return 0;
}
注意：
- 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。
- 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。
2.模板的特化
2.1模版特化引入和概念
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。如下
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
return left < right;
}
void test2()
{
cout << Less(1, 2) << endl; //结果正确
double d1 = 1.1;
double d2 = 2.2;
cout << Less(d1, d2) << endl; //结果正确
double* p1 = &d1;
double* p2 = &d2;
cout << Less(p1, p2) << endl; //结果错误
}
int main()
{
test2();
return 0;
}
可以看到，Less绝对多数情况下都可以正常比较(前两者)，但是在特殊场景下（最后一个）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指针的地址的大小，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
2.2函数模版特化
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
解决上述问题：
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
return left < right;
}
// 对Less函数模板进行特化
template<>
bool Less<double*>(double* a, double* b)//函数名后跟一对尖括号
{
return *a < *b;
}
void test2()
{
cout << Less(1, 2) << endl; //结果正确
double d1 = 1.1;
double d2 = 2.2;
cout << Less(d1, d2) << endl; //结果正确
double* p1 = &d1;
double* p2 = &d2;
cout << Less(p1, p2) << endl; //结果错误
}
int main()
{
test2();
return 0;
}
同时我们也不仅可以利用特化解决，直接重载也是可以的(直接给出针对这个类型的函数)：
bool Less(double* left, double* 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。
2.3类模板特化
2.3.1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
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
Data()
{
cout << "Data<T1, T2>" << endl;
}
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
template<>//这是全特化
class Data<int, double>
{
public:
Data()
{
cout << "Data<int, double>" << endl;
}
private:
int _d1;
double _d2;
};
void test3()
{
Data<int,int> d1;
Data<int,double> d2;
}
int main()
{
test3();
return 0;
}
2.3.1偏特化
偏特化有以下两种表现方式：
- 部分特化：将模板参数类表中的一部分参数特化。
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
Data()
{
cout << "正常，没特化：Data<T1, T2>" << endl;
}
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
template<>//这是全特化
class Data<int, double>
{
public:
Data()
{
cout << "全特化：Data<int, double>" << endl;
}
private:
int _d1;
double _d2;
};
template<class T>//这是偏特化
class Data<T, double>
{
public:
Data()
{
cout << "偏特化：Data<T, double>" << endl;
}
private:
int _d1;
double _d2;
};
void test3()
{
Data<int,int> d1;
Data<int,double> d2;
Data<char,double> d3;
}
int main()
{
test3();
return 0;
}
当既满足偏特化，又满足全特化，会作何选择呢？ 选择全特化：偏特化还需要参数匹配（还需要实例化一部分参数），我们直接用现成的（全特化）
- 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。
template<class T1,class T2>//这是偏特化另一情况：进行限制，这里限制为指针
class Data<T1*, T2*>
{
public:
Data()
{
cout << "偏特化：Data<T1*, T2*>" << endl;
}
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
template<class T1, class T2>//这是偏特化另一情况：进行限制，这里限制为指针
class Data<T1&, T2&>
{
public:
Data()
{
cout << "偏特化：Data<T1&, T2&>" << endl;
}
};
void test3()
{
Data<int*,int*> d1;
Data<int&,double&> d2;
}
int main()
{
test3();
return 0;
}
3. 模板分离编译
3.1分离编译概念
一个（项目）我们通常会用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
3.2模板的分离编译
在之前的各种使用中，我们没有过把模版声明和定义分离放在两个文件里
如果分离：
一运行就发现：找不到这个函数
分析原因
我们知道C/C++程序的运行一般包括了预处理、编译、汇编和链接等步骤。
- 预处理（Preprocessing）： 这个阶段会处理源代码中的预处理指令，比如
#include、#define等，将宏展开、头文件包含等操作。预处理的结果是生成一个纯粹的C++源文件，没有预处理指令。 - 编译（Compilation）： 编译器将预处理后的源代码翻译成汇编语言。在这个阶段，编译器会进行词法、语法、语义分析，并生成相应的汇编代码。每个源文件都会被单独编译，生成相应的目标文件（Object File，通常以
.obj、.o等为扩展名）。 - 汇编（Assembly）： 汇编器将汇编代码转换成机器语言的目标文件。
- 链接（Linking）： 链接器将多个目标文件、库文件以及系统的一些运行时代码合并成一个可执行文件。链接的过程包括地址解析、符号解析、重定向等步骤，确保各个目标文件中的符号能够正确关联。
从main函数开始执行，我们遇到了
Add（1,2）；因为包含了.h头文件（有声明）我们会到链接部分找实现，但是，在另一方文件的实现不知道我进行了实例化，也就没有进行实例化，所以链接后找不到 模板在使用时需要在编译阶段进行具体实例化，而编译器需要在编译的时候能够看到模板的完整定义，以便正确生成代码。如果将模板的声明和定义分离成不同的文件，编译器就无法在编译阶段得知模板的具体实现模板的编译过程通常包含两个主要阶段：模板的定义和模板的实例化。
- 模板定义： 模板定义包括模板的声明和实现。这一部分通常包含在头文件（.h或.hpp）中，并在源文件（.cpp）中包含。在编译过程的第一阶段，编译器会处理源文件和头文件，但并不会生成实际的代码。
- 模板实例化： 在使用模板的源文件中，当实际用到模板的具体类型时，编译器会进行模板实例化。这时，编译器需要看到模板的完整定义，以便生成相应类型的实际代码。这个阶段实际上是对模板进行展开，生成模板特定实例的代码。
由于模板实例化需要在编译时完成，模板的定义必须在使用它的源文件中可见。如果将模板的声明和实现分离到不同的文件，编译器在实例化时就无法找到完整的定义，从而导致编译错误