一、非類型模版參數(shù)

1. 模板參數(shù)分類型形參與非類型形參。
   • 類型形參：出現(xiàn)在模板參數(shù)列表中，跟在class或者typename之后的參數(shù)類型名稱。
   • 非類型形參：就是用一個常量作為類(函數(shù))模板的一個參數(shù)，在類(函數(shù))模板中可將該參數(shù)當(dāng)成常量來使用。
2. C++11新增了array容器，array實際上就是模板類型的靜態(tài)數(shù)組：

//array的部分底層實現(xiàn)等效于以下代碼：
template<class T, size_t N = 10> //不管是類型參數(shù)還是非類型參數(shù)都可以給默認(rèn)值
class array
{
public:T& operator[](size_t index){assert(index < _size); //會對訪問范圍進(jìn)行檢查return _array[index];}const T& operator[](size_t index)const{assert(index < _size);return _array[index];}size_t size()const{return _size;}bool empty()const{return 0 == _size;}
private:T _array[N]; //靜態(tài)數(shù)組size_t _size = N;
}；

array VS 普通數(shù)組

• array對比普通數(shù)組的優(yōu)勢在于：array對訪問范圍進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，基本不會出現(xiàn)越界訪問的問題。

• 而普通數(shù)組只對范圍后的部分空間進(jìn)行抽查；且只檢查越界寫，不檢查越界讀；

#include <iostream>    
#include <array>    
using namespace std;    int main()    
{    array<int, 10> a1;    //a1[10];  //嚴(yán)格檢查，運(yùn)行崩潰    //a1[15];  //嚴(yán)格檢查，運(yùn)行崩潰  int a2[10];cout << a2[10] << endl;   //越界讀，正常運(yùn)行 cout << a2[15] << endl;   //越界讀，正常運(yùn)行 //a2[10] = 1;  //越界寫，部分抽查，運(yùn)行崩潰  a2[20] = 1; //越界寫，部分抽查，正常運(yùn)行  cout << a2[20] << endl;                                                    
}

注意：

1. 浮點(diǎn)數(shù)、類對象以及字符串是不允許作為非類型模板參數(shù)的。

2. 非類型模板參數(shù)必須傳常量（const變量也行），不能傳變量。

3. 非類型的模板參數(shù)必須在編譯期就能確認(rèn)結(jié)果。

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二、模版的特化

2.1 概念

模版的特化，即在原模板類的基礎(chǔ)上，針對特殊類型所進(jìn)行特殊化的實現(xiàn)方式。

模板特化中分為函數(shù)模板特化與類模板特化。

2.2 函數(shù)模版的特化

函數(shù)模板的特化步驟：

1. 必須要先有一個基礎(chǔ)的函數(shù)模板
2. 關(guān)鍵字template后面接一對空的尖括號<>
3. 函數(shù)名后跟一對尖括號，尖括號中指定需要特化的類型
4. 函數(shù)形參表: 必須要和模板函數(shù)的基礎(chǔ)參數(shù)類型完全相同，如果不同編譯器可能會報一些奇怪的錯誤。

//1. 基礎(chǔ)函數(shù)模板 -- 參數(shù)匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{return left < right;
}// 對Less函數(shù)模板進(jìn)行特化
template<> //2.
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right) //3.4.
{return *left < *right;
}
int main()
{cout << Less(1, 2) << endl;Date d1(2022, 7, 7);Date d2(2022, 7, 8);cout << Less(d1, d2) << endl;Date* p1 = &d1;Date* p2 = &d2;cout << Less(p1, p2) << endl; // 調(diào)用特化之后的版本，而不走模板生成了return 0;
}

注意：一般情況下如果函數(shù)模板遇到不能處理或者處理有誤的類型，為了實現(xiàn)簡單通常都是將該函數(shù)直接給出。該種實現(xiàn)簡單明了，代碼的可讀性高，容易書寫。因為對于一些參數(shù)類型復(fù)雜的函數(shù)模板，特化時比較復(fù)雜，因此函數(shù)模板不建議特化。

2.3 類模版的特化

2.3.1 全特化

全特化即是將模板參數(shù)列表中所有的參數(shù)都確定化。

template<class T1, class T2> //基礎(chǔ)模版
class Data
{
public:Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:T1 _d1;T2 _d2;
};template<>
class Data<int, char> //全特化模版
{
public:Data() {cout<<"Data<int, char>" <<endl;}
private:int _d1;char _d2;
};void TestVector()
{Data<int, int> d1; //調(diào)用基礎(chǔ)模版Data<int, char> d2; //調(diào)用特化模版
}

2.3.2 偏特化

偏特化：任何針對模版參數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行條件限制設(shè)計的特化版本。比如對于以下模板類：

template<class T1, class T2> //基礎(chǔ)模版
class Data
{
public:Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:T1 _d1;T2 _d2;
};

偏特化有以下兩種表現(xiàn)方式：

• 部分特化：將模板參數(shù)類表中的一部分參數(shù)特化。

// 將第二個參數(shù)特化為int
template <class T1> //部分特化模版
class Data<T1, int>
{
public:Data() {cout<<"Data<T1, int>" <<endl;}
private:T1 _d1;int _d2;
};

• 參數(shù)限制特化：偏特化并不僅僅是指特化部分參數(shù)，而是針對模板參數(shù)更進(jìn)一步的條件限制所設(shè)計出來的一個特化版本。

//兩個參數(shù)偏特化為指針類型
template <typename T1, typename T2> //限制特化模版
class Data <T1*, T2*>
{
public:Data() {cout<<"Data<T1*, T2*>" <<endl;}
private:T1 _d1;T2 _d2;
};
//兩個參數(shù)偏特化為引用類型
template <typename T1, typename T2> //限制特化模版
class Data <T1&, T2&>
{
public:Data(const T1& d1, const T2& d2): _d1(d1), _d2(d2){cout<<"Data<T1&, T2&>" <<endl;}
private:const T1 & _d1;const T2 & _d2;
};
void test2 ()
{Data<double , int> d1; // 調(diào)用特化的int版本——部分特化Data<int , double> d2; // 調(diào)用基礎(chǔ)的模板Data<int *, int*> d3; // 調(diào)用特化的指針版本——限制特化Data<int&, int&> d4(1, 2); // 調(diào)用特化的引用版本——限制特化
}

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三、模版的分離編譯

3.1 什么是分離編譯

一個程序（項目）由若干個源文件共同實現(xiàn)，而每個源文件單獨(dú)編譯生成目標(biāo)文件，最后將所有目標(biāo)文件鏈接起來形成單一的可執(zhí)行文件的過程稱為分離編譯模式。

3.2 模板的分離編譯

假如有以下場景，模板的聲明與定義分離開，在頭文件中進(jìn)行聲明，源文件中完成定義：

// a.h
template<class T> //聲明
T Add(const T& left, const T& right); // a.cpp
template<class T> //定義
T Add(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}// main.cpp
#include"a.h"
int main()
{Add(1, 2); //調(diào)用Add(1.0, 2.0);return 0;
}

像這樣模版的分離編譯會發(fā)生鏈接錯誤，原因如下：

錯誤原因：編譯過程中，a.cpp中定義的函數(shù)模版未能完成實例化。由于類型不明確，其代碼也就沒有編譯成指令，該函數(shù)也就沒有進(jìn)入符號表。鏈接時自然就找不到了。

3.3 解決方法

1. 將模版的聲明和定義放到一個.hpp 或者.h文件中其實也是可以的。推薦使用這種方法。

   • 頭文件在預(yù)處理階段展開，使模版的定義和調(diào)用在同一文件下。模版的實例化能夠正常進(jìn)行，且函數(shù)的地址在編譯階段就可以確定。

   • 模版的聲明和定義在同一個文件中但可以分開來寫：簡單函數(shù)直接在類中定義，默認(rèn)內(nèi)聯(lián)；復(fù)雜函數(shù)在類外定義，需要寫明類域。聲明和定義分離能使模版的結(jié)構(gòu)更清晰，代碼的可讀性更高。

注意：當(dāng)指定一個沒有經(jīng)過實例化的類模版其中的內(nèi)嵌類型(內(nèi)部類或typedef)時，需要在類型前加typename；告訴編譯器，后面這一串是類型不是靜態(tài)成員。

2. 在模板定義的位置使用template + 類型顯式實例化。這種方法不實用，不推薦使用。

   • 每調(diào)用一種新類型的模版，就需要在源文件中（模板定義的位置）手動進(jìn)行一次顯式的實例化，不實用。

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四、模版總結(jié)

【優(yōu)點(diǎn)】

1. 模板復(fù)用了代碼，節(jié)省資源，更快的迭代開發(fā)，C++的標(biāo)準(zhǔn)模板庫(STL)因此而產(chǎn)生
2. 增強(qiáng)了代碼的靈活性

【缺陷】

1. 模板會導(dǎo)致代碼膨脹問題，也會導(dǎo)致編譯時間變長
2. 出現(xiàn)模板編譯錯誤時，錯誤信息非常凌亂，不易定位錯誤