【C++】模版进阶全知道

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🐼前言

我们知道，函数模版是 泛型编程 的一种思想， 通过函数模版，我们无需再重复实现一些逻辑相似的代码，而是通过函数模版进行复用，通过实例化出不同的类，达到对应的目的。而有些场景对于一些复杂的类型，比如指针，引用等，贸然使用函数模版，可能达不到我们想要的效果，就比如，函数模版就像一个通用的 “工具箱” ，里面有各种工具（通用模板）。但是当你需要处理一个特殊的任务（比如打印字符串时加上引号），你专门准备了一个 定制化 的工具， 这个工具只针对这个特殊任务，效果更好 。这就是我们将学习的类特化。

🐼函数模版特化

我们先来看这样一个例子，比如实现一个泛型的比较函数,然后我们来比较内置类型， 日期类，指针等 。

template<class T>
bool cmp(T left, T right)
{
	return left < right;
}

class Date
{
	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}

	bool operator<(const Date& d)const
	{
		return (_year < d._year) ||
			(_year == d._year && _month < d._month) ||
			(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
	}

	bool operator>(const Date& d)const
	{
		return (_year > d._year) ||
			(_year == d._year && _month > d._month) ||
			(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
	}

	//private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
	_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
	return _cout;
}

int main()
{
	cout << cmp(1, 2) << endl;//正确
	Date d1(2025,3,5);
	Date d2(2025,3,1);
	cout << cmp(d1, d2) << endl;//正确
	Date* d3 = new Date(2025, 3, 5);
	Date* d4 = new Date(2025, 3, 1);
	cout << cmp(d3, d4) << endl;//错误，不确定
	return 0;
}

我们发现，比较一些内置类型以及自定义类型(只要自定义类型重载了自已的比较逻辑)好像都没有什么问题，但是如果参数是Date的指针，这样再套用com比较就有问题了，因此 指针在内存中分配的地址是不确定的 ，每次编译时，分配的地址是随机的。我们打印出来的结果也总是不确定的，因此，我们需要专门写一个 **Date的比较逻辑基于cmp** ，这就是函数的特化。 这个函数专门用于比较日期类的指针！！!,为他量身定制的。

//cmp的函数模版特化
template<>
bool cmp<Date*>(Date* left, Date* right)
{
	return *left < *right;
}

特化的格式，template<>里面什么都没有，特化的标志， 在

函数名

后面跟上你要特化的类型。

但是我们 不常用函数模版的特化

，因为我们完全可以再重载一个比较逻辑，不需要特化:

bool cmp(Date* left, Date* right)
{
	return *left < *right;
}

🐼类模版特化

类模版特化又分别， 全特化和偏特化

全特化简单理解就是 所有参数都确定化 ，已经确定了:

比如:

template<class T1,class T2>
class car
{
public:
	car() { cout << "car<T1, T2>" << endl; }

private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};

//全特化
template<>
class car<string,int>
{
public:
		car() { cout << "car<string,int>" << endl; }

private:
	string _d1;
	int _d2;
};

两个模版参数特化时都确定了。（ 相当于给一个人定制化的完完全全 ）

偏特化是 模版参数一部分特化或者是针对模版参数进一步限制 :

下面的例子:

//偏特化
template<class T1>
//部分参数特化
class car<T1, int>
{
public:
	car() { cout << "car<T1, int>" << endl; }

private:
	T1 _d1;
	int _d2;
};

//参数进一步限制
template<class T1, class T2>
class car<T1*, T2*>
{
public:
	car() { cout << "car<T1*, T2*>" << endl; }

private:
	T1* _d1;
	T2* _d2;
};


template<class T1, class T2>
class car<T1&, T2&>
{
public:
	car() { cout << "car<T1&, T2&>" << endl; }

private:
	const T1& _d1 =T1();
	const T2& _d2 =T2();
};

int main()
{
	car<int, double > c0;
	car<int, int> c1;
	car<string, int> c2;
	car<int*, int*> c3;
	car<int&, int&> c4;

	return 0;
}

输出结果:

由此知道，编译器在类模版参数特化时，有现成吃现成(即有对应的特化)，没有现成编译器才需要实例化 。 相等于给一个人部分化定制

🐼模版的分离编译

我们知道，一个源文件生成可执行程序分别要经过 预处理，编译，汇编，链接 四个大阶段。

一个程序可能由多个源文件构成，而每个源文件 单独编译形成目标文件 ，链接时将 所有源文件链接起来共同形成一个可执行程序 。

分离编译是指将程序的不同部分编译成独立的对象文件（.o 或 .obj），然后在链接阶段将这些对象文件组合成最终的可执行文件。分离编译要求每个编译单元（.cpp 文件）在编译时是 独立 的，编译器无法看到其他编译单元的内容。

也就是编译形成obj文件，就是 自已玩自已的 (都是独立的)，等到链接时，把大家都链接起来。

先说结论，模版的声明和定义分开，即在头文件中声明，在源文件中定义，这会引发 链接错误 。

原因:汇编完后的多个obj目标文件， 由于函数模版无法实例化，因此无法放入到函数表中 ，链接时由于 寻址错误 ，就会链接失败。

即模板的实例化需要编译器在编译时知道模板的具体实现细节。如果模板的定义和实例化分布在不同的编译单元中，编译器在编译其中一个单元时可能无法看到模板的完整定义，从而无法生成正确的代码。

比如，我在Myfile.h头文件中声明函数模版，在file中定义。

“Myfile.h”

#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
void func2(const T& x);

“file1.cpp”

template<class T>
void func2(const T& x)
{
	cout << x << endl;
}

这时候会报出链接错误。

因此， 模版是不支持声明和定义分离的 。

解决办法:

1.将声明和定义放在一起

“Myfile.h”

template<class T>
void func2(const T& x)
{
	cout << x << endl;
}

方法2：在定义时显示实例化

template<class T>
void func2(const T& x)
{
	cout << x << endl;
}

template  void func2<int>(const int& x);//显示实例化

这样，编译器在链接时就不会根据无法实例化而报出链接错误

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