【C++】模板进阶

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萌新的日常 2023-05-11 11:38:47 ©著作权

文章标签 Data 实例化 Less 文章分类 运维 yyds干货盘点

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@TOC

1.非类型模板参数

模板参数分为类型形参和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)模板中可将参数当成常量使用

#include<iostream>
using namespace std;
#define N 10
template <class T>//类型模板参数
class Array
{
public:
private:
    T _a[N];
};
int main()
{
    Array<int> a;//10
    Array<double>b;//100
    return 0;
}

使用类型模板参数，虽然看似可以解决问题，但若a要10个int的数组，b要100个double的数组，宏就没办法解决了

所以为了解决这个问题，引入非类型模板参数，定义的是常量，一般是整形常量

#include<iostream>
using namespace std;
template <class T,size_t N>//非类型模板参数
class Array
{
public:
private:
    T _a[N];
};
int main()
{
    Array<int,10> a;
    Array<double,20>b;
    return 0;
}

同样非类型模板参数还可以给缺省值，由于是整型常量，所以缺省值也是常量

【C++】模板进阶_Less

同样在函数内部，无法对常量值进行修改

#include<iostream>
using namespace std;
template<class T,size_t N=20>
void func(const T& a)
{
    N = 20;//左操作数必须为左值
}
int main()
{
    func(1);
}

必须为整形常量整形包括 int 、char、 long 、long long 、short

【C++】模板进阶_Data_02

若为double类型就会报错

2. 模板特化

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

函数模板特化

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
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);
    }
    friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
    {
        _cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
        return _cout;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
    return left < right;
}


int main()
{
    cout << Less(1, 2) << endl; // 可以比较，结果正确
    Date d1(2022, 7, 7);
    Date d2(2022, 7, 8);
    cout << Less(d1, d2) << endl; // 可以比较，结果正确
    Date* p1 = &d1;
    Date* p2 = &d2;
    cout << Less(p1, p2) << endl; // 可以比较，结果错误
    return 0;
}

若p1与p2都为Date*，则调用Less ，会变成 left与right指针的比较，不符合预期，我们想要的是日期与日期之间的比较

所以为了防止这种特殊情况的发生，所以使用模板特化 (对某些类型进行特殊化处理)

【C++】模板进阶_Data_03

此时就可以正常比较两个日期

【C++】模板进阶_Data_04

函数模板特化意义不大，可以直接使用函数重载的方式来实现的

类模板特化

偏特化

偏特化——进一步的限制必须在原模版的基础上才可以使用

【C++】模板进阶_实例化_05

针对的是指针这个泛类

全特化

必须在原模版的基础上才可以使用

【C++】模板进阶_实例化_06

只针对其中一个，如指针中的日期类

半特化

对部分参数特化

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

//半特化
template <class T1>
class Data<T1, int>//只将第一个模板参数特化
{
public:
    Data() { cout << "Data<T1, int>" << endl; }
private:
    T1 _d1;
    int _d2;
};
void TestVector()
{
    Data<int, int> d1;//Data<T1, int>
    Data<int*, int> d3;
//Data<T1, int>
    Data<double, int> d4;
//Data<T1, int>
}
int main()
{
    TestVector();
    return 0;
}

此时虽然有两个参数，但是只特化了一个，无论传的是 int、int*、double 都是走到半特化

参数的进一步限制

两个参数特化为引用类型

【C++】模板进阶_Less_07

两个参数特化为指针类型

【C++】模板进阶_Data_08

3. 模板的分离编译

模板并不支持分离编译即声明在一个文件，定义在一个文件

【C++】模板进阶_Data_09

此时调用模板add 就会报错，因为模板的声明和定义不在同一文件中

【C++】模板进阶_Data_10

调用普通函数func，即可正常运行

模板会发生链接错误

func.h func.cpp test.cpp预处理：头文件展开/ 注释的消除/ 条件编译/ 宏的替换

【C++】模板进阶_实例化_11

【C++】模板进阶_实例化_12

编译：检查语法，生成汇编代码func.s test.s汇编：汇编代码转换为二进制机器码func.o test.o 链接：合并生成可执行文件 a.out

由预处理阶段到编译阶段时，通过func.i生成func.s ，生成汇编指令，但是只能生成func的，不能生成add的

【C++】模板进阶_实例化_13

函数被编译后生成指令，才可以找到第一句指令的地址即函数地址

func会被编译成一堆指令，所以在func.o有func函数的地址，但是没有add的地址，因为add没有实例化，没办法确定T

就像是你差一点就可以交首付了，你打电话给你哥们借钱，你哥们说没问题，就像声明一样，这是一种承诺，所以在编译阶段 add就可以过了即call add( ? )
?代表现在没有地址等到链接阶段才能拿到地址，而现在只是说得到承诺，到时候可以去拿到地址啦但是当你要交首付的时候，你哥们突然说借不了钱了，那这个房子首付也就交不上了就好比链接时找不到add的函数地址了，所以会链接错误链接之前不会交互，各走各的，不知道不能实例化，因为没办法确定T