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【C++】模板深度剖析

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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:出现在模板参数列表中,跟在class或者typename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。

非类型形参应用场景举例:

 定义一个模板类型的定长数组:

                             

此时,a1、a2都只能存放1000个元素,但是,如果我们想让a1存放100个元素,让a2存放1000个元素,应该怎样做?

                            

模板参数列表加一个非类型形参N,并定义a1、a2时指定N的大小即可。

 注意:

1、浮点型、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的、一般都是整型

2、非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。

3、非类型的模板参数是一个常量,不能被更改

2. 模板的特化

2.1 概念

通常情况下,使用模板可以实现与类型无关的代码,但对于一些特殊类型可能会得到错误的结果,需要做特殊处理。

eg:实现一个专门用来进行比较小于的函数模板:

这里比较整型a、b结果当然是没问题的,但是比较的是两个字符串结果就是错误的。

原因就是:p1、p2是两个指向字符串的指针,"Less(p1,p2)" 是把两个指针传过去了,在Less比较函数中就是两个指针在比较,而我们希望比较的是两个字符串,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。特化是解决模板无法直接处理某些类型或处理效果不佳的常用方法。模板特化中分为函数模板特化与类模板特化

2.2 函数模板特化

函数模板特化步骤:

对于正常类型去调用原模板,对于特殊类型,去调用特化之后的模板。

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。

2.3 类模板特化

2.3.1 全特化

全特化:将模板参数列表中的所有参数都确定。

2.3.2 偏特化

偏特化:任何针对模板参数进一步进行条件设计的特化版本。

eg:对于以下模板类:

偏特化有两种表现方式:

  • 部分特化:将模板参数列表中的一部分特化

  • 参数更进一步的:偏特化不仅仅指特化部分参数,而是针对模板参数进一步条件设计出来的特化版本。

有特化版本的优先调用特化版本。

3. 模板的分离编译

3.1 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。

3.2 模板的分离编译

假如有如下场景,模板的声明与定义分离,在头文件中进行声明,源文件中完成定义

a.h:

Add.cpp

Test.cpp

C/C++程序要运行,一般要经过以下几个步骤:

预处理-->编译-->汇编-->链接

1、预处理(生成.i文件): 展开头文件/宏替换/条件编译/去掉注释。
2、编译 生成.s文件):对 程序按照语言特性进行词法、语法、语义分析、错误检查无误后生成汇编代码。注意:头文件不参与编译,编译器对工程中的多个源文件是分离开单独编译的
3、汇编(生成.o文件): 将汇编代码转换成二进制机器码
4、链接(a.out): 将多个obj文件合并成一个,并处理没有解决的地址问题。
说明:
编译时,Add函数和Add模板函数有声明,所以,编译过了,链接时,要去 a.o中找Add函数和Add模板函数的 地址,这里Add函数找到了, 模板函数(由于没有实例化)没有找到,所以报了一个 链接错误。

3.3 解决方法

1.将声明和定义放在一个文件"xxx.h"里面。推荐使用这种。

a.h

2.模板定义的位置显示实例化。不实用,不推荐使用。

4. 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。

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