EasyC++模板显式具体化

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EasyC++模板显式具体化

梁唐   2022-05-23 我要评论

1.模板显式具体化

前文当中说了,模板函数虽然非常好用,但是也存在一些问题。比如有的操作并不是对所有类型都适用的,针对这种情况C++提供了一个解决方案,就是针对特定类型提供具体化的模板定义。这里的具体可以理解成类型的具体。

我们来看一个C++ Primer当中的例子,假设现在我们有一个结构体叫做job:

struct job {
    string name;
    double salary;
    int floor;
}


对于结构体是可以整体赋值的,所以之前的Swap函数对它一样适用。

template <typename T>
void Swap(T &a, T &b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}


但我们现在希望在交换结构体的时候,只是交换salaryfloor这两个字段,把name保持不变。由于我们希望引入逻辑变化,所以直接调用Swap函数就不可行了。

当然我们可以不用函数模板,直接重载函数:

void Swap(job &a, job &b) {
    // swap为std自带的交换函数,在algorithm头文件中
    swap(a.salary, b.salary);
    swap(a.floor, b.floor);
}


由于C++当中规定,非函数模板的优先级大于函数模板,所以我们在对job结构体调用Swap函数的时候,会优先使用这个。

除此之外,我们还可以提供一个具体化的模板函数:

template <> void Swap<job> (job &a, job &b) {
    swap(a.salary, b.salary);
    swap(a.floor, b.floor);
}

这个函数的写法看起来有些特殊,我们在函数类型之前加上了template <>,在函数名后面又跟上了<job>。它表示的是这是一个函数模板的显式具体化,也可以理解成为之前的函数模板提供一个job类型的版本。C++当中规定显式模板函数的优先级高于普通模板函数。

2.实例化和具体化

关于函数模板,还有一个很重要的概念,就是实例化。

我们在编写代码时,如果只是编写了函数模板本身,编译器是不会为我们生成函数的定义的。当编译器使用模板为特定的类型生成函数定义时,就会得到一个模板的实例。这个概念有点像是Python里的元类,元类的实例是另外一个类。

比如我们定义了一个函数模板:

template <typename T>
void Swap(T &a, T &b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}


当我们调用它,传入两个int类型的时候,编译器就会生成一个实例,这个实例使用的类型是int。当我们使用double类型的参数又一次调用的时候,编译器会继续生成double类型的实例。这个生成实例的过程是不可见的,所以被称为隐式实例化。

在早年的C++版本当中只支持隐式实例化,但现在C++允许显示实例化。也就意味着我们可以手动命令编译器创建特定的实例,比如Swap<int>() 。语法是通过<>声明指定模板类型,并且在声明之前加上关键字template,如:

template void Swap<int>(int, int);


这个语法看起来和显式具体化非常相似,显式具体化的写法是:

template<> void Swap<int>(int &, int &);
template<> void Swap(int &, int &);


看起来非常相似,但是含义是完全不同的。显式具体化的含义是对于某特定类型不要使用原模板生成函数,而应专门使用指定的函数定义。而显式实例化是使用之前的模板函数的定义的,只不过是手动触发编译器创建函数实例而已。

对了,我们不能同时在一个文件中,使用同一种类型的显式实例化和显式具体化,这会引起报错。

我们如果死记显式实例化的声明,的确很容易和具体化混淆。但我们可以在代码当中直接使用,直接使用的形式则要简单许多,只需要通过<>表明类型即可。

例如:

template <typename T>
T Add(T a, T b) {
    return a + b;
}

int main() {
 int a = 3;
 double b = 3.5;
 cout << Add<double>(a, b) << endl;
}   


在上面这段代码当中,我们通过给Add函数加上了<double>来手动创建了一个接受double类型的函数。需要注意的是,我们传入的a是一个int类型。所以编译器会执行强制类型转换,将它转换成double传入。

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