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?专栏导读?文章导读?类型模板参数?非类型模板参数?模板的特化?引例?函数模板的特化?类模板特化?全特化 ?偏特化?部分特化?对参数进一步限制 ?类模板特化应用实例 ?模板分离编译?总结
?专栏导读
?作者简介：花想云，在读本科生一枚，致力于 C/C++、Linux 学习。
?本文收录于 C++系列，本专栏主要内容为 C++ 初阶、C++ 进阶、STL 详解等，专为大学生打造全套 C++ 学习教程，持续更新！
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?文章导读
继模板初阶之后，我们将继续进行对模板的拓展学习。本章主要内容有类型模板参数、非类型模板参数，模板的特化——函数模板的特化、类模板的特化，类模板的特化又可分为全特化与偏特化，除此之外，还涉及模板分离编译的内容。同时这也是C++初阶的最后一篇文章了。
?类型模板参数
在模板初阶中我们所见到的模板参数都是类型模板参数。类型模板参数，顾名思义即通过传递的参数的类型来控制模板的实例化。
?示例
template<class T>T Add(T a, T b){cout << "模板" << endl;return a + b;}void Test(){int a = 10;int b = 100;double c = 1.5;double d = 3.14;cout << Add(a, b) << endl;//使用非模板函数cout << Add(c,d) << endl;//使用模板}
?非类型模板参数
有了类型模板参数当然还得有非类型模板参数。模板参数分为类型形参与非类型形参：
类型形参：出现在模板参数列表中，跟在class或者typename之类的参数类型名称；非类型形参：就是用一个整型常量作为类（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。 并且还需要注意：
非类型模板参数只能是一个整型常量，值不可修改；非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。 ?示例1
定义一个模板类型的静态数组； template<class T,int N>class Array{public://...private:T _a[N];size_t _size;};void Test(){Array<int, 10> arr;}?示例2
给整型常量缺省值； template<class T,size_t N = 10>class Array{public://...Array(){N++;}private:T _a[N];size_t _size;};void Test(){Array<int> arr; // 大小为10}?示例3
整型常量的值不可修改； template<class T,size_t N = 10>class Array{public://...Array(){N++; //错误示例：此处不可修改}private:T _a[N];size_t _size;};void Test(){Array<int> arr; // 大小为10}
?模板的特化
?引例
?定义一个专门用来比较小于的模板函数； template<class T>bool Less(T left, T right){return left < right;}int main(){int a1 = 10;int a2 = 200;cout << Less(a1, a2) << endl; // 可以比较，结果正确string s1 = "aaa";string s2 = "bbbb";cout << Less(s1, s2) << endl; // 可以比较，结果正确string* p1 = &s1;string* p2 = &s2;cout << Less(p1, p2) << endl; // 可以比较，结果错误return 0;}
可以看到，Less绝对多数情况下都可以正常比较，但是在特殊场景下就得到错误的结果。上述示例中，p1指向的s1显然小于p2指向的s2对象，但是Less内部并没有比较p1和p2指向的对象内容，而比较的是p1和p2本身的大小，这就无法达到预期而错误。
那么想要解决这一问题，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。
模板特化中分为函数模板特化与类模板特化。
?函数模板的特化
函数模板特化的方式：
必须要先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； ?示例
// 函数模板template<class T>bool Less(T left, T right){return left < right;}// 特化版本template<>bool Less<string*>(string* left, string* right){return *left < *right;}?进行测试
int main(){int a1 = 10;int a2 = 200;cout << Less(a1, a2) << endl; // 可以比较，结果正确string s1 = "aaa";string s2 = "bbbb";cout << Less(s1, s2) << endl; // 可以比较，结果正确string* p1 = &s1;string* p2 = &s2;cout << Less(p1, p2) << endl; // 可以比较，结果错误return 0;}
?类模板特化
类模板同样可以特化，而且有多种不同的特化方式。要求与函数模板特化大致类似：
必须要先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。 ?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。 ?示例
// 类模板template<class T1,class T2,class T3>class A{public://...private:T1 _a;T2 _c;T3 _d;};//全特化template<>class A<int, char, double>{public://...private:int _a;char _c;double _d;};int main(){A<int, char, double>aa;return 0;}?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。 偏特化有两种表现形式：
部分特化：对部分参数进行特化；对参数类型的进一步限制（例如：T限制为T*）。 ?部分特化
?示例
// 类模板template<class T1,class T2,class T3>class A{public://...private:T1 _a;T2 _c;T3 _d;};//偏特化----部分特化template<class T1>class A<T1, char, double>{public://...private:T1 _a;char _c;double _d;};?对参数进一步限制
?示例
// 类模板template<class T1,class T2,class T3>class A{public://...private:T1 _a;T2 _c;T3 _d;};// 偏特化----对参数的进一步限制template<class T1, class T2, class T3>class A<T1*,T2*,T3*>{public://...private:T1 _a;T2 _c;T3 _d;};?类模板特化应用实例
下来我们就看看类模板特化的一个使用场景。假设现在我们想对几个int类型的变量用sort函数进行排序，首先我们得先定义一个专门进行比较小于的类模板Less：
template<class T>struct Less{bool operator()(const T& x, const T& y) const{return x < y;}};定义6个int类型的变量，并将它们放入容器vector中进行排序；
?示例1
template<class T>struct Less{bool operator()(const T& x, const T& y) const{return x < y;}};int main(){int a1 = 100;int a2= 15;int a3= 56;int a4= 178;int a5= 56;int a6= 98;vector<int> v{ a1,a2,a3,a4,a5,a6 };sort(v.begin(), v.end(), Less<int>());for (auto e : v){cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;}
很显然这是成功的。接下来我们试试如果在vector中存放的是变量的地址，能否进行排序呢？
?示例2
int main(){int a1 = 100;int a2 = 15;int a3 = 56;int a4 = 178;int a5 = 56;int a6 = 98;vector<int*> v{ &a1,&a2,&a3,&a4,&a5,&a6 };sort(v.begin(), v.end(), Less<int*>());for (auto e : v){cout << *e << ' ';}cout << endl;return 0;}
我们可以看到，此时可以排序，但是结果却不正确。原因是，此时排序的对象是6个变量的地址，而并非6个对象本身。如果要实现正确的排序方式，我们就得想办法排序地址里存放的内容。罪魁祸首肯定是Less模板了，因为它不能做到对指针的解引用。此种情况，我们就可以用到类模板特化来实现了。
?示例3
template<class T>struct Less{bool operator()(const T& x, const T& y) const{return x < y;}};// 指针版本的特化template<>struct Less<int*>{bool operator()(const int* x, const int* y) const{return *x < *y;}};int main(){int a1 = 100;int a2= 15;int a3= 56;int a4= 178;int a5= 56;int a6= 98;vector<int> v{ a1,a2,a3,a4,a5,a6 };sort(v.begin(), v.end(), Less<int>());for (auto e : v){cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;}
此时，我们的结果终于正确了。
?模板分离编译
?什么是分离编译
分离编译指的是：
?示例
有如下场景：
在add.h文件中声明函数模板Add；在add.cpp文件中定义函数模板；在Test.cpp文件中使用Add函数。
// add.h 文件中#pragma oncetemplate<class T>T Add(T& a, T& b);// add.cpp 文件中#include"add.h"template<class T>T Add(T& a, T& b){return a + b;};// Test.cpp 文件中#include"add.h"int main(){int a = 10;int b = 20;cout << Add(a, b) << endl;return 0;}
当我们运行之后，回发现编译器报了一个链接错误，如上图所示。
原因是：
Test.cpp文件中进行函数Add< int >的调用，在编译时并不会报错。但是在链接时，编译器会通过符号表去找Add< int >函数的地址。但是，Add函数此时并没有被实例化，因为模板的定义在另一个.cpp文件中，编译器并不知道你会在Test.cpp文件中需要实例化Add，也就意味着并不会生成具体函数。所以在链接时，无法找到Add< int >函数的地址，就会链接失败。 ?解决办法
将声明与定义放到同一个.hpp文件或.h文件中。 有的小伙伴可能第一次听说.hpp文件，接下来就简单介绍一下：
其实就一句话——.hpp文件就是专门为模板而生的。.hpp文件就是默认模板实现文件。 ?总结
?模板的优点
模板是泛型编程的基础；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； ?模板的缺点
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； 模板的知识就介绍到这里了。其实模板的内容我并没有涉及的太深，因为很多东西是不怎么使用或者现在理解起来有些困难的，在未来的学习中，我们会伴随着其它的内容来学习模板的更多知识。
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