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模板参数可分为类型形参和非类型形参。 类型形参 出现在模板参数列表中跟在class或typename关键字之后的参数类型名称。 非类型形参 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。
例如我们要实现一个静态数组的类就需要用到非类型模板参数。
templateclass T, size_t N //N非类型模板参数
class StaticArray
{
public:size_t arraysize(){return N;}
private:T _array[N]; //利用非类型模板参数指定静态数组的大小
};使用非类型模板参数后我们就可以在实例化对象的时候指定所要创建的静态数组的大小了。
int main()
{StaticArrayint, 10 a1; //定义一个大小为10的静态数组cout a1.arraysize() endl; //10StaticArrayint, 100 a2; //定义一个大小为100的静态数组cout a2.arraysize() endl; //100return 0;
}注意 非类型模板参数只允许使用整型家族浮点数、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的。 非类型的模板参数在编译期就需要确认结果因为编译器在编译阶段就需要根据传入的非类型模板参数生成对应的类或函数。 模板的特化
概念
下面是用于比较两个任意相同类型的数据是否相等的函数模板。
templateclass T
bool IsEqual(T x, T y)
{return x y;
}我们大概会这样使用该函数模板
cout IsEqual(1, 1) endl; //1
cout IsEqual(1.1, 2.2) endl; //0这样使用是没有问题的它的判断结果也是我们所预期的但是我们也可能会这样去使用该函数模板
char a1[] sherry;
char a2[] sherry;
cout IsEqual(a1, a2) endl; //0判断结果是这两个字符串不相等这很好理解因为我们希望的是该函数能够判断两个字符串的内容是否相等而该函数实际上判断是确实这两个字符串所存储的地址是否相同这是两个存在于栈区的字符串其地址显然是不同的。
类似于上述实例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的类型可能会得到一些错误的结果此时就需要对模板进行特化即在原模板的基础上针对特殊类型进行特殊化的实现方式
函数模板特化
对于上述实例我们知道当传入的类型是char* 时应该依次比较各个字符的ASCII码值进而判断两个字符串是否相等或是直接调用strcmp函数进行字符串比较那么此时我们就可以对char* 类型进行特殊化的实现。
函数模板的特化步骤 首先必须要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否则不同的编译器可能会报一些奇怪的错误。 对于上述实例char*类型的特化如下
//基础的函数模板
templateclass T
bool IsEqual(T x, T y)
{return x y;
}
//对于char*类型的特化
template
bool IsEqualchar*(char* x, char* y)
{return strcmp(x, y) 0;
}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。例如上述实例char*类型的特化还可以这样给出
//基础的函数模板
templateclass T
bool IsEqual(T x, T y)
{return x y;
}
//对于char*类型的特化
bool IsEqual(char* x, char* y)
{return strcmp(x, y) 0;
}类模板特化
不仅函数模板可以进行特化类模板也可以针对特殊类型进行特殊化实现并且类模板的特化又可分为全特化和偏特化半特化。
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。 例如对于以下类模板
templateclass T1, class T2
class sherry
{
public://构造函数sherry(){cout sherryT1, T2 endl;}
private:T1 _D1;T2 _D2;
};当T1和T2分别是double和int时我们若是想对实例化的类进行特殊化处理那么我们就可以对T1和T2分别是double和int时的模板进行特化。
函数模板的特化步骤 首先必须要有一个基础的类模板。 关键字template后面接一对空的尖括号。 类名后跟一对尖括号尖括号中指定需要特化的类型。 对于T1是doubleT2是int的特化如下
//对于T1是doubleT2是int时进行特化
template
class sherrydouble, int
{
public://构造函数sherry(){cout sherrydouble, int endl;}
private:double _D1;int _D2;
};那么如何证明当T1是doubleT2是int时使用的就是我们自己特化的类模板呢 当我们实例化一个对象时编译器会自动调用其默认构造函数我们若是在构造函数当中打印适当的提示信息那么当我们实例化对象后通过观察控制台上打印的结果即可确定实例化该对象时调用的是不是我们自己特化的类模板了。
偏特化 偏特化是指任何针对模板参数进一步进行条件限制设计的特化版本。 例如对于以下类模板
templateclass T1, class T2
class sherry
{
public://构造函数sherry(){cout sherryT1, T2 endl;}
private:T1 _D1;T2 _D2;
};偏特化又可分为以下两种表现形式 1、部分特化 我们可以仅对模板参数列表中的部分参数进行确定化。 例如我们可以对T1为int类型的类进行特殊化处理。
//对T1为int的类进行特化
templateclass T2
class sherryint, T2
{
public://构造函数sherry(){cout sherryint, T2 endl;}
private:int _D1;T2 _D2;
};此时只要实例化对象时指定T1为int就会使用这个特化的类模板来实例化对象。
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进一步的条件限制所设计出来的一个特化版本。 例如我们还可以指定当T1和T2为某种类型时使用我们特殊化的类模板。
//两个参数偏特化为指针类型
templateclass T1, class T2
class sherryT1*, T2*
{
public://构造函数sherry(){cout sherryT1*, T2* endl;}
private:T1 _D1;T2 _D2;
};
//两个参数偏特化为引用类型
templateclass T1, class T2
class sherryT1, T2
{
public://构造函数sherry(){cout sherryT1, T2 endl;}
private:T1 _D1;T2 _D2;
}; 此时当实例化对象的T1和T2同时为指针类型或同时为引用类型时就会分别调用我们特化的两个类模板。
模板的分离编译
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。
模板的分离编译
在分离编译模式下我们一般创建三个文件一个头文件用于进行函数声明一个源文件用于对头文件中声明的函数进行定义最后一个源文件用于调用头文件当中的函数。 按照此方法我们若是对一个加法函数模板进行分离编译其三个文件当中的内容大致如下
Add.h
#includeiostream
using namespace std;//函数模板申明
tempalteclass T
T Add(const Tx, const T y);Add.cpp
//函数模板定义
templateclass T
T Add(const T x, const T y)
{return x y;
}main,app
#include Add.h
int main()
{//调用函数模板实例化的函数cout Add(10,20)endl;cout Add(10.1,20.2)endl;return 0;
}但是使用这三个文件生成可执行文件时却会在链接阶段产生报错。
下面我们对其进行分析 我们都知道程序要运行起来一般要经历以下四个步骤 预处理 头文件展开、去注释、宏替换、条件编译等。 编译 检查代码的规范性、是否有语法错误等确定代码实际要做的工作在检查无误后将代码翻译成汇编语言。 汇编 把编译阶段生成的文件转成目标文件。 链接 将生成的各个目标文件进行链接生成可执行文件。 以上代码在预处理阶段需要进行头文件的包含以及去注释操作。
这三个文件经过预处理后实际上就只有两个文件了若是对应到Linux操作系统当中此时就生成了 Add.i 和 main.i 文件了。
Add.i
templateclass T
T Add(const T x, const T y)
{return x y;
}main.i
iostream代码内容
using namespace std;tempalteclass T
T Add(const Tx, const T y);int main()
{//调用函数模板实例化的函数cout Add(10,20)endl;cout Add(10.1,20.2)endl;return 0;
}预处理后就需要进行编译虽然在 main.i 当中有调用Add函数的代码但是在 main.i 里面也有Add函数模板的声明因此在编译阶段并不会发现任何语法错误之后便顺利将 Add.i 和 main.i 翻译成了汇编语言对应到Linux操作系统当中就生成了 Add.s 和 main.s 文件。
之后就到达了汇编阶段此阶段利用 Add.s 和 main.s 这两个文件分别生成了两个目标文件对应到Linux操作系统当中就是生成了 Add.o 和 main.o 两个目标文件。
前面的预处理、编译和汇编都没有问题现在就需要将生成的两个目标文件进行链接操作了但在链接时发现在main函数当中调用的两个Add函数实际上并没有被真正定义主要原因是函数模板并没有生成对应的函数因为在全过程中都没有实例化过函数模板的模板参数T所以函数模板根本就不知道该实例化T为何类型的函数。
模板分离编译失败的原因 在函数模板定义的地方Add.cpp没有进行实例化而在需要实例化函数的地方main.cpp没有模板函数的定义无法进行实例化。
解决方法
解决类似于上述模板分离编译失败的方法有两个第一个就是在模板定义的位置进行显示实例化。 例如对于上述代码解决方案如下 Add.h
#includeiostream
using namespace std;//函数模板申明
tempalteclass T
T Add(const Tx, const T y);Add.cpp
//函数模板定义
templateclass T
T Add(const T x, const T y)
{return x y;
}
//显示实例化template
int Add(const int x, const int y);
template double Add(const double x, const double y);main,app
#include Add.h
int main()
{//调用函数模板实例化的函数cout Add(10,20)endl;cout Add(10.1,20.2)endl;return 0;
}在函数模板定义的地方对T为int和double类型的函数进行了显示实例化这样在链接时就不会找不到对应函数的定义了也就能正确执行代码了。
虽然第一种方法能够解决模板分离编译失败的问题但是我们这里并不推荐这种方法因为我们需要用到一个函数模板实例化的函数就需要自己手动显示实例化一个函数非常麻烦。
现在就来说说解决该问题的第二个方法也是我们所推荐的那就是对于模板来说最好不要进行分离编译不论是函数模板还是类模板将模板的声明和定义都放到一个文件当中就行了。
模板总结
优点 1.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。 2.增强了代码的灵活性。 缺陷 1.模板会导致代码膨胀问题也会导致编译时间变长。 2.出现模板编译错误时错误信息非常凌乱不易定位错误。 总结
今天我们学习了非类型模板参数、模板的特化以及模板的分离编译的相关知识了解了一些有关的底层原理。接下来我们将进行搜索二叉树的学习。希望我的文章和讲解能对大家的学习提供一些帮助。 当然本文仍有许多不足之处欢迎各位小伙伴们随时私信交流、批评指正我们下期见~
