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C++模板的特化详解（函数模版特殊，类模版特化）

2016-05-19 3054
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简介：

模版与特化的概念

函数模版与类模版

C++中模板分为函数模板和类模板

  • 函数模板：是一种抽象函数定义，它代表一类同构函数。

  • 类模板：是一种更高层次的抽象的类定义。

特化的概念

所谓特化，就是将泛型的东东搞得具体化一些，从字面上来解释，就是为已有的模板参数进行一些使其特殊化的指定，使得以前不受任何约束的模板参数，或受到特定的修饰（例如const或者摇身一变成为了指针之类的东东，甚至是经过别的模板类包装之后的模板类型）或完全被指定了下来。

模板特化的分类

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，

  1. 模板函数只能全特化，没有偏特化（以后可能有）。

  2. 模板类是可以全特化和偏特化的。

template <>然后是完全和模板类型没有一点关系的类实现或者函数定义，如果你要说，都完全确定下来了，那还搞什么模板呀，直接定义不就完事了？

但是很多时候，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需要的了。

  • 全特化的标志：template <>然后是完全和模板类型没有一点关系的类实现或者函数定义
  • 偏特化的标志：template

函数模版特化

目前的标准中，模板函数只能全特化，没有偏特化

至于为什么函数不能偏特化，似乎不是因为语言实现不了，而是因为偏特化的功能可以通过函数的重载完成。

函数模版的特化技巧

函数模板的特化：当函数模板需要对某些类型进行特别处理，称为函数模板的特化。

例如，我们编写了一个泛化的比较程序

template <class T>
int compare(const T &left, const T&right)
{
    std::cout <<"in template<class T>..." <<std::endl;
    return (left - right);
}
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这个函数满足我们的需求了么，显然不，它支持常见int, float等类型的数据的比较，但是不支持char*(string)类型。

所以我们必须对其进行特化，以让它支持两个字符串的比较,因此我们实现了如下的特化函数。

template < >
int compare<const char*>(const char* left, const char* right)
{
    std::cout <<"in special template< >..." <<std::endl;

    return strcmp(left, right);
}
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也可以

template < >
int compare(const char* left, const char* right)
{
    std::cout <<"in special template< >..." <<std::endl;

    return strcmp(left, right);
}
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示例程序1–比较两个数据

#include <iostream>
#include <cstring>

///  模版特化

template <class T>
int compare(const T left, const T right)
{
    std::cout <<"in template<class T>..." <<std::endl;
    return (left - right);
}


//  这个是一个特化的函数模版
template < >
int compare<const char*>(const char* left, const char* right)
{
    std::cout <<"in special template< >..." <<std::endl;

    return strcmp(left, right);
}
//  特化的函数模版, 两个特化的模版本质相同, 因此编译器会报错
// error: redefinition of 'int compare(T, T) [with T = const char*]'|
//template < >
//int compare(const char* left, const char* right)
//{
//    std::cout <<"in special template< >..." <<std::endl;
//
//    return strcmp(left, right);
//}


//  这个其实本质是函数重载
int compare(char* left, char* right)
{
    std::cout <<"in overload function..." <<std::endl;

    return strcmp(left, right);
}

int main( )
{
    compare(1, 4);

    const char *left = "gatieme";
    const char *right = "jeancheng";
    compare(left, right);

    return 0;
}
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函数模版的特化，当函数调用发现有特化后的匹配函数时，会优先调用特化的函数，而不再通过函数模版来进行实例化。

示例程序二-判断两个数据是否相等

#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;
//函数模板
template<class T>
bool IsEqual(T t1,T t2){
    return t1==t2;
}

template<> //函数模板特化
bool IsEqual(char *t1,char *t2){
    return strcmp(t1,t2)==0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    char str1[]="abc";
    char str2[]="abc";
    cout<<"函数模板和函数模板特化"<<endl;
    cout<<IsEqual(1,1)<<endl;
    cout<<IsEqual(str1,str2)<<endl;

    return 0;
}
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类模版特化

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：

这里归纳了针对一个模板参数的类模板特化的几种类型

  • 一是特化为绝对类型；

  • 二是特化为引用，指针类型；

  • 三是特化为另外一个类模板。

这里用一个简单的例子来说明这三种情况：

特化为绝对类型

也就是说直接为某个特定类型做特化，这是我们最常见的一种特化方式， 如特化为float, double等

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cmath>
// general version
template<class T>
class Compare
{
public:
    static bool IsEqual(const T& lh, const T& rh)
    {
        std::cout <<"in the general class..." <<std::endl;
        return lh == rh;
    }
};



// specialize for float
template<>
class Compare<float>
{
public:
    static bool IsEqual(const float& lh, const float& rh)
    {
        std::cout <<"in the float special class..." <<std::endl;

        return std::abs(lh - rh) < 10e-3;
    }
};

// specialize for double
template<>
class Compare<double>
{
public:
    static bool IsEqual(const double& lh, const double& rh)
    {
        std::cout <<"in the double special class..." <<std::endl;

        return std::abs(lh - rh) < 10e-6;
    }
};


int main(void)
{
    Compare<int> comp1;
    std::cout <<comp1.IsEqual(3, 4) <<std::endl;
    std::cout <<comp1.IsEqual(3, 3) <<std::endl;

    Compare<float> comp2;
    std::cout <<comp2.IsEqual(3.14, 4.14) <<std::endl;
    std::cout <<comp2.IsEqual(3, 3) <<std::endl;

    Compare<double> comp3;
    std::cout <<comp3.IsEqual(3.14159, 4.14159) <<std::endl;
    std::cout <<comp3.IsEqual(3.14159, 3.14159) <<std::endl;
    return 0;
}
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如果期望使用偏特化，那么

template<class T1, class T2>
class A
{
}

template<class T1>
class A<T1, int>
{
}
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特化为引用，指针类型

template <class _Iterator>
struct iterator_traits {
  typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category;
  typedef typename _Iterator::value_type        value_type;
  typedef typename _Iterator::difference_type   difference_type;
  typedef typename _Iterator::pointer           pointer;
  typedef typename _Iterator::reference         reference;
};

// specialize for _Tp*
template <class _Tp>
struct iterator_traits<_Tp*> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef _Tp                         value_type;
  typedef ptrdiff_t                   difference_type;
  typedef _Tp*                        pointer;
  typedef _Tp&                        reference;
};

// specialize for const _Tp*
template <class _Tp>
struct iterator_traits<const _Tp*> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef _Tp                         value_type;
  typedef ptrdiff_t                   difference_type;
  typedef const _Tp*                  pointer;
  typedef const _Tp&                  reference;
};
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当然，除了T*, 我们也可以将T特化为 const T*, T&, const T&等，以下还是以T*为例：

// specialize for T*
template<class T>
class Compare<T*>
{
public:
    static bool IsEqual(const T* lh, const T* rh)
    {
        return Compare<T>::IsEqual(*lh, *rh);
    }
};
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这种特化其实是就不是一种绝对的特化， 它只是对类型做了某些限定，但仍然保留了其一定的模板性，这种特化给我们提供了极大的方便， 如这里， 我们就不需要对int*, float*, double*等等类型分别做特化了。

这其实是第二种方式的扩展，其实也是对类型做了某种限定，而不是绝对化为某个具体类型，如下：

// specialize for vector<T>
template<class T>
class Compare<vector<T> >
{
public:
    static bool IsEqual(const vector<T>& lh, const vector<T>& rh)
    {
        if(lh.size() != rh.size()) return false;
        else
        {
            for(int i = 0; i < lh.size(); ++i)
            {
                if(lh[i] != rh[i]) return false;
            }
        }
        return true;
    }
};
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这就把IsEqual的参数限定为一种vector类型， 但具体是vector还是vector， 我们可以不关心， 因为对于这两种类型，我们的处理方式是一样的，我们可以把这种方式称为“半特化”。

当然， 我们可以将其“半特化”为任何我们自定义的模板类类型：

// specialize for any template class type
template <class T1> 
struct SpecializedType
{
    T1 x1;
    T1 x2;
};
template <class T>
class Compare<SpecializedType<T> >
{
public:
    static bool IsEqual(const SpecializedType<T>& lh, const SpecializedType<T>& rh)
    {
        return Compare<T>::IsEqual(lh.x1 + lh.x2, rh.x1 + rh.x2);
    }
};
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这就是三种类型的模板特化， 我们可以这么使用这个Compare类：

   // int
    int i1 = 10;
    int i2 = 10;
    bool r1 = Compare<int>::IsEqual(i1, i2);

    // float
    float f1 = 10;
    float f2 = 10;
    bool r2 = Compare<float>::IsEqual(f1, f2);

    // double
    double d1 = 10;
    double d2 = 10;
    bool r3 = Compare<double>::IsEqual(d1, d2);

    // pointer
    int* p1 = &i1;
    int* p2 = &i2;
    bool r4 = Compare<int*>::IsEqual(p1, p2);

    // vector<T>
    vector<int> v1;
    v1.push_back(1);
    v1.push_back(2);

    vector<int> v2;
    v2.push_back(1);
    v2.push_back(2);
    bool r5 = Compare<vector<int> >::IsEqual(v1, v2);

    // custom template class 
    SpecializedType<float> s1 = {10.1f,10.2f};
    SpecializedType<float> s2 = {10.3f,10.0f};
    bool r6 = Compare<SpecializedType<float> >::IsEqual(s1, s2);


转载：http://blog.csdn.net/gatieme/article/details/50953564

文章标签：
C++
编译器
关键词：
C++函数
C++类
C++模版
C++模板
C++类模版
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