C++—模板（2）类模板与其特化

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C++—模板（2）类模板与其特化

2024-09-18 09:56:22 218人阅读

我们以顺序表为例来说明，普通顺序表的定义如下：

1 typedef int DataType;
2 //typedef char DataType;
3 class SeqList
4 {
5 private :
6 DataType* _data ;
7 int _size ;
8 int _capacity ;
9 } ;

模板类也是模板，必须以关键字templ ate开头，后接模板形参表。模板类一般格式如下：
template<class 形参名 1, class 形参名 2, . . . class 形参名 n>
class 类名
{ . . . } ;

 1 // 以模板方式实现动态顺序表
 2 template<typename T>
 3 class SeqList
 4 {
 5 public :
 6 SeqList() ;
 7 ~ SeqList() ;
 8 private :
 9 int _size ;
10 int _capacity ;
11 T* _data ;
12 } ;
13 template <typename T>
14 SeqList <T>: : SeqList()
15 :
16 _size(0)
17 , _capacity(10)
18 , _data(new T[ _capacity] )
19 {}//注意模板类的类型不是SeqList
20 template <typename T>
21 SeqList <T>: : ~ SeqList()
22 {
23 delete [] _data ;
24 }
25 void test1()
26 {
27 SeqList<int > sl1;
28 SeqList<double > sl2;
29 }

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【模板类的实例化】
只要有一种不同的类型，编译器就会实例化出一个对应的类。
SeqList<int > sl1;
SeqList<double > sl2;
当定义上述两种类型的顺序表时，编译器会使用int和double分别代替模板形参，重新编写SeqList类，最后创建名为SeqList<int>和SeqList<double>的类。

模板参数--实现容器适配器

 1 template <typename T>
 2 class SeqList
 3 {p
 4 rivate :
 5 int _size ;
 6 int _capacity ;
 7 T* _data ;
 8 } ;
 9 // template <class T, class Container>
10 template <class T, class Container = SeqList<T> > // 缺省参数
11 class Stack
12 {
13 public :
14 void Push (const T& x) ;
15 void Pop () ;
16 const T& Top() ;
17 bool Empty () ;
18 private :
19 Container _con ;
20 } ;
21 void Test()
22 {
23 Stack<int> s1;
24 Stack<int , SeqList<int>> s2 ;
25 // 思考下面这种使用场景会怎样？
26 Stack<int , SeqList<char>> s3 ;
27 }

为了避免上述问题的存在用下面的方法：

模板的模板参数--容器适配器

 1 template <typename T>
 2 class SeqList
 3 {p
 4 rivate :
 5 int _size ;
 6 int _capacity;
 7 T* _data ;
 8 } ;
 9 // template <class T, template<class> class Container>
10 template <class T, template<class> class Container = SeqList> // 缺省参数
11 class Stack
12 {
13 public :
14 void Push(const T& x ) ;
15 void Pop() ;
16 const T& Top() ;
17 bool Empty() ;
18 private :
19 Container<T > _con;
20 } ;
21 void Test()
22 {
23 Stack<int> s1;
24 Stack<int , SeqList> s2;
25 }

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非类型的类模板参数

 1 // 静态顺序表
 2 //template<typename T, size_t MAX_SIZE>
 3 template <typename T, size_t MAX_SIZE = 10> //带缺省模板参数
 4 class SeqList
 5 {
 6 public :
 7 SeqList() ;
 8 private :
 9 T _array [MAX_SIZE] ;
10 int _size ;
11 } ;
12 template <typename T, size_t MAX_SIZE>
13 SeqList <T, MAX_SIZE>: : SeqList()
14 : _size(0)
15 {}
16 void Test()
17 {
18 SeqList<int> s1;
19 SeqList<int , 20> s2;
20 }

注意：浮点数和类对象是不允许作为非类型模板参数的。

类模板的特化

类模板的特化：与函数模板类似，当类模板内需要对某些类型进行特别处理时，使用类模板的特化。例如：

 1 // general version
 2 template<class T>
 3 class Compare
 4 {
 5 public:
 6     static bool IsEqual(const T& lh, const T& rh)
 7     {
 8         std::cout <<"in the general class..." <<std::endl;
 9         return lh == rh;
10     }
11 };
12 // specialize for float
13 template<>
14 class Compare<float>
15 {
16 public:
17     static bool IsEqual(const float& lh, const float& rh)
18     {
19         std::cout <<"in the float special class..." <<std::endl;
20 
21         return std::abs(lh - rh) < 10e-3;
22     }
23 };
24 // specialize for double
25 template<>
26 class Compare<double>
27 {
28 public:
29     static bool IsEqual(const double& lh, const double& rh)
30     {
31         std::cout <<"in the double special class..." <<std::endl;
32 
33         return std::abs(lh - rh) < 10e-6;
34     }
35 };
36 int main(void)
37 {
38     Compare<int> comp1;
39     std::cout <<comp1.IsEqual(3, 4) <<std::endl;
40     std::cout <<comp1.IsEqual(3, 3) <<std::endl;
41 
42     Compare<float> comp2;
43     std::cout <<comp2.IsEqual(3.14, 4.14) <<std::endl;
44     std::cout <<comp2.IsEqual(3, 3) <<std::endl;
45 
46     Compare<double> comp3;
47     std::cout <<comp3.IsEqual(3.14159, 4.14159) <<std::endl;
48     std::cout <<comp3.IsEqual(3.14159, 3.14159) <<std::endl;
49     return 0;
50 }

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全特化

还是以顺序表为例说明

 1 全特化
 2 template <typename T>
 3 class SeqList
 4 {
 5 public :
 6 SeqList() ;
 7 ~ SeqList() ;
 8 private :
 9 int _size ;
10 int _capacity ;
11 T* _data ;
12 } ;
13 template<typename T>
14 SeqList <T>: : SeqList()
15 : _size(0)
16 , _capacity(10)
17 , _data(new T[ _capacity] )
18 {
19 cout<<"SeqList<T>" <<endl;
20 }
21 template<typename T>
22 SeqList <T>: : ~ SeqList()
23 {
24 delete[] _data ;
25 }
26 template <>
27 class SeqList <int>
28 {
29 public :
30 SeqList(int capacity) ;
31 ~ SeqList() ;
32 private :
33 int _size ;
34 int _capacity ;
35 int* _data ;
36 } ;
37 // 特化后定义成员 函数不再需要模板形参
38 SeqList <int>: : SeqList(int capacity)
39 : _size(0)
40 , _capacity(capacity )
41 , _data(new int[ _capacity] )
42 {
43 cout<<"SeqList<int>" <<endl;
44 }
45 // 特化后定义成员 函数不再需要模板形参
46 SeqList <int>: : ~ SeqList()
47 {
48 delete[] _data ;
49 }
50 void test1 ()
51 {
52 SeqList<double > sl2;
53 SeqList<int > sl1(2) ;
54 }

 1 偏特化（ 局部特化）
 2 template <typename T1, typename T2>
 3 class Data
 4 {
 5 public :
 6 Data() ;
 7 private :
 8 T1 _d1 ;
 9 T2 _d2 ;
10 } ;
11 template <typename T1, typename T2>
12 Data<T1 , T2>: : Data()
13 {
14 cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;
15 }
16 // 局部特化第二个参数
17 template <typename T1>
18 class Data <T1, int>
19 {
20 public :
21 Data() ;
22 private :
23 T1 _d1 ;
24 int _d2 ;
25 } ;
26 template <typename T1>
27 Data<T1 , int>: : Data()
28 {
29 cout<<"Data<T1, int>" <<endl;
30 }

下面的例子可以看出，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。

 1 // 局部特化两个参数为指针类型
 2 template <typename T1, typename T2>
 3 class Data <T1*, T2*>
 4 {
 5 public :
 6 Data() ;
 7 private :
 8 T1 _d1 ;
 9 T2 _d2 ;
10 T1* _d3 ;
11 T2* _d4 ;
12 } ;
13 template <typename T1, typename T2>
14 Data<T1 *, T2*>: : Data()
15 {
16 cout<<"Data<T1*, T2*>" <<endl;
17 }
18 // 局部特化两个参数为引 用
19 template <typename T1, typename T2>
20 class Data <T1&, T2&>
21 {
22 public :
23 Data(const T1& d1, const T2& d2) ;
24 private :
25 const T1 & _d1;
26 const T2 & _d2;
27 T1* _d3 ;
28 T2* _d4 ;
29 } ;
30 template <typename T1, typename T2>
31 Data<T1 &, T2&>: : Data(const T1& d1, const T2& d2)
32 : _d1(d1 )
33 , _d2(d2 )
34 {
35 cout<<"Data<T1&, T2&>" <<endl;
36 }
37 void test2 ()
38 {
39 Data<double , int> d1;
40 Data<int , double> d2;
41 Data<int *, int*> d3;
42 Data<int&, int&> d4(1, 2) ;
43 }

模板的全特化和偏特化都是在已定义的模板基础之上，不能单独存在。

关于特化的总结：

特化的分类

针对特化的对象不同，分为两类：函数模板的特化和类模板的特化

函数模板的特化：当函数模板需要对某些类型进行特化处理，称为函数模板的特化。
类模板的特化：当类模板内需要对某些类型进行特别处理时，使用类模板的特化。

特化整体上分为全特化和偏特化
全特化就是模板中模板参数全被指定为确定的类型。全特化也就是定义了一个全新的类型，全特化的类中的函数可以与模板类不一样。

偏特化就是模板中的模板参数没有被全部确定，需要编译器在编译时进行确定。

全特化的标志就是产生出完全确定的东西，而不是还需要在编译期间去搜寻适合的特化实现，貌似在我的这种理解下，全特化的东西不论是类还是函数都有这样的特点，

模板函数只能全特化，没有偏特化（重载）。
模板类是可以全特化和偏特化的。

很多时候，我们既需要一个模板能应对各种情形，又需要它对于某个特定的类型（比如bool）有着特别的处理，这种情形下特化就是非常必要的。

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】
模板让代码变得凌乱复杂，不易维护，编译代码时间变长。
出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误。

C++—模板（2）类模板与其特化

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