目录

一、非类型模板参数

二、模板的特化 

1.概念 

2.函数模板的特化 

3.类模板的特化

1.全特化

2.偏特化 

三、模板的分离编译

1.什么是分离编译

2.模板的分离编译

3.解决方法

四、模板总结

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一、非类型模板参数

模板参数不仅有类型形参，还有非类型形参。

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。

        假如我们想要定义一个静态的栈， 我们首先想到的是利用宏实现：#define N 100，在C++中用const或枚举替代，但是这些做法都不能让这个静态的栈灵活的变换，有了非类型模板参数以后，就变得很灵活。

template<class T, size_t N = 100>//<类型模板参数, 非类型模板参数>
class MyStack
{
public:
	void push(const T& x)
	{}
private:
	T _a[N];
	size_t _top;
};
 
int main()
{
	MyStack<int, 100> st1; //实例化出存100个数据的栈
	MyStack<int, 200> st2; //实例化出存200个数据的栈
	return 0;
}

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。

        2. 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

二、模板的特化 

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，比如：以下有一个比较数据大小的函数模板

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 Compare(const T& left, const T& right)
{
	return left < right;
}
 
int main()
{
	cout << Compare(1, 2) << endl;    //1
	Date* p2 = new Date(2022, 4, 26);
	Date* p1 = new Date(2022, 3, 26);	
	cout << Compare(p1, p2) << endl;  //2
	return 0;
}

        上述代码中，我们进行了普通类型的比较和日期类的比较，普通类型通过函数模板去比较，显然是没有什么问题，但是日期类的指针去比较时（p1与p2），结果可能为1也可能为0。这是以为new出来的空间，地址是随机的，并且两者的比较时指针的比较，我们想要的是值的比较，那么此时就需要度模板进行特化，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.函数模板的特化 

函数模板的特化步骤：

1. 必须要先有一个基础的函数模板

2. 关键字template后面接一对空的尖括号<>

3. 函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型

4. 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。

 以刚才的代码为例，对于Date*的比较需要进行特化

//首先要有基础类的模板
template<class T>
bool Compare(const T& left, const T& right)
{
	return left < right;
}
//对Date*进行特化
template< >
bool Compare<Date*&>(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。

3.类模板的特化

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>//普通类模板
class Data
{
public:
    Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:
    T1 _d1;
    T2 _d2;
};
 
template<> //全特化的类模板
class Data<int, char> 
{
public:
    Data() {cout<<"Data<int, char>" <<endl;}
private:
    int _d1;
    char _d2;
};
 
void TestVector()
{
    Data<int, int> d1;  //调用普通类模板
    Data<int, char> d2; //调用全特化的类模板
}

2.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：

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

部分特化 ：将模板参数类表中的一部分参数特化。

// 将第二个参数特化为int
template <class T1>
class Data<T1, int> 
{
public:
    Data() {cout<<"Data<T1, int>" <<endl;}
private:
    T1 _d1;
    int _d2;
};

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。

//基础的模板
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
    Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:
    T1 _d1;
    T2 _d2;
};
 
// 将第二个参数特化为int
template <class T1>
class Data<T1, int> 
{
public:
    Data() {cout<<"Data<T1, int>" <<endl;}
private:
    T1 _d1;
    int _d2;
};
 
//两个参数偏特化为指针类型
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1*, T2*>
{ 
public:
    Data() {cout<<"Data<T1*, T2*>" <<endl;}
 
private:
    T1 _d1;
    T2 _d2;
};
//两个参数偏特化为引用类型
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;
    }
 
private:
    const T1 & _d1;
    const T2 & _d2; 
};
void test2 () 
{
    Data<double , int> d1; // 调用特化的int版本
    Data<int , double> d2; // 调用基础的模板 
    Data<int *, int*> d3; // 调用特化的指针版本
    Data<int&, int&> d4(1, 2); // 调用特化的指针版本
}

三、模板的分离编译

1.什么是分离编译

一个程序（项目）由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。 

2.模板的分离编译

假如有以下场景，模板的声明与定义分离开，在头文件中进行声明，源文件中完成定义：

// Add.h
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right);
 
// Add.cpp
#include"Add.h"
template<class T> 
T Add(const T& left, const T& right) 
{
    return left + right; 
}
 
// main.cpp
#include"Add.h"
int main()
{
    Add(1, 2);
    Add(1.0, 2.0);
    return 0; 
}

运行结果：

出现了链接错误。

其原因也很简单，程序一般运行起来，分为四个步骤：预处理、编译、汇编和链接；

预处理：完成头文件展开、宏替换、条件编译和去注释

编译：检查语法问题，无误后生成汇编代码

汇编：生成目标文件

链接：将多个目标文件合并成一个，并处理没有解决的地址问题

在Add.cpp中，编译器没有看到对Add模板函数的实例化，因此不会生成具体的加法函数；

在main.cpp中，调用Add<int>和Add<double>，编译器在链接时才会找其地址，但是这两个函数没有实例化没有生成具体代码，所以链接时会报错

3.解决方法

1. 将声明和定义放到一个文件 "xxx.hpp" 里面或者xxx.h其实也是可以的。推荐使用这种。

 

2. 模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，不推荐使用。

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