C++模闆之特化與偏特化詳解

前言

說到C++模闆，這個已經不是什麼新東西了，自己在實際開發中也用過；對于C++模闆特化和偏特化，對于别人來說，已經不是什麼新東西了，但是對于我來說，的确是我的盲區，那天在群裡讨論這個問題，自己對于這部分确實沒有掌握，又聯想到在《STL源碼剖析》一書中，對于此也是有着介紹。是以，今天就對此進行詳細的總結，以備後忘。

C++模闆

說到C++模闆特化與偏特化，就不得不簡要的先說說C++中的模闆。我們都知道，強類型的程式設計迫使我們為邏輯結構相同而具體資料類型不同的對象編寫模式一緻的代碼，而無法抽取其中的共性，這樣顯然不利于程式的擴充和維護。C++模闆就應運而生。C++的模闆提供了對邏輯結構相同的資料對象通用行為的定義。這些模闆運算對象的類型不是實際的資料類型，而是一種參數化的類型。C++中的模闆分為類模闆和函數模闆。

類模闆如下：

#include <iostream>
using namespace std;
 
template <class T>
class TClass
{
public:
     // TClass的成員函數
 
private:
     T DateMember;
};
           

函數模闆如下：

template <class T>
T Max(const T a, const T b)
{
     return  a > b ? a : b;
}
           

模闆特化

有時為了需要，針對特定的類型，需要對模闆進行特化，也就是所謂的特殊處理。比如有以下的一段代碼：

#include <iostream>
using namespace std;
 
template <class T>
class TClass
{
public:
     bool Equal(const T& arg, const T& arg1);
};
 
template <class T>
bool TClass<T>::Equal(const T& arg, const T& arg1)
{
     return (arg == arg1);
}
 
int main()
{
     TClass<int> obj;
     cout<<obj.Equal(2, 2)<<endl;
     cout<<obj.Equal(2, 4)<<endl;
}
           

類裡面就包括一個Equal方法，用來比較兩個參數是否相等；上面的代碼運作沒有任何問題；但是，你有沒有想過，在實際開發中是萬萬不能這樣寫的，對于float類型或者double的參數，絕對不能直接使用“==”符号進行判斷。是以，對于float或者double類型，我們需要進行特殊處理，處理如下：

#include <iostream>
using namespace std;
 
template <class T>
class Compare
{
public:
     bool IsEqual(const T& arg, const T& arg1);
};
 
// 已經不具有template的意思了，已經明确為float了
template <>
class Compare<float>
{
public:
     bool IsEqual(const float& arg, const float& arg1);
};
 
// 已經不具有template的意思了，已經明确為double了
template <>
class Compare<double>
{
public:
     bool IsEqual(const double& arg, const double& arg1);
};
 
template <class T>
bool Compare<T>::IsEqual(const T& arg, const T& arg1)
{
     cout<<"Call Compare<T>::IsEqual"<<endl;
     return (arg == arg1);
}
 
bool Compare<float>::IsEqual(const float& arg, const float& arg1)
{
     cout<<"Call Compare<float>::IsEqual"<<endl;
     return (abs(arg - arg1) < 10e-3);
}
 
bool Compare<double>::IsEqual(const double& arg, const double& arg1)
{
     cout<<"Call Compare<double>::IsEqual"<<endl;
     return (abs(arg - arg1) < 10e-6);
}
 
int main()
{
     Compare<int> obj;
     Compare<float> obj1;
     Compare<double> obj2;
     cout<<obj.IsEqual(2, 2)<<endl;
     cout<<obj1.IsEqual(2.003, 2.002)<<endl;
     cout<<obj2.IsEqual(3.000002, 3.0000021)<<endl;
}
           

模闆偏特化

上面對模闆的特化進行了總結。那模闆的偏特化呢？所謂的偏特化是指提供另一份template定義式，而其本身仍為templatized；也就是說，針對template參數更進一步的條件限制所設計出來的一個特化版本。這種偏特化的應用在STL中是随處可見的。比如：

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;
};
           

看到了麼？這就是模闆偏特化，與模闆特化的差別在于，模闆特化以後，實際上其本身已經不是templatized，而偏特化，仍然帶有templatized。我們來看一個實際的例子：

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 一般化設計
template <class T, class T1>
class TestClass
{
public:
     TestClass()
     {
          cout<<"T, T1"<<endl;
     }
};
 
// 針對普通指針的偏特化設計
template <class T, class T1>
class TestClass<T*, T1*>
{
public:
     TestClass()
     {
          cout<<"T*, T1*"<<endl;
     }
};
 
// 針對const指針的偏特化設計
template <class T, class T1>
class TestClass<const T*, T1*>
{
public:
     TestClass()
     {
          cout<<"const T*, T1*"<<endl;
     }
};
 
int main()
{
     TestClass<int, char> obj;
     TestClass<int *, char *> obj1;
     TestClass<const int *, char *> obj2;
 
     return 0;
}
           

看了了麼？這就是模闆偏特化，與模闆特化的差別在于，模闆特化以後，實際上其本身已經不是templatized，而偏特化，仍然帶有templatized。我們來看一個實際的例子：

對于輸出結果，我這裡就不寫了，大家可以試一試。

特化與偏特化的調用順序

對于模闆、模闆的特化和模闆的偏特化都存在的情況下，編譯器在編譯階段進行比對時，是如何抉擇的呢？從哲學的角度來說，應該先照顧最特殊的，然後才是次特殊的，最後才是最普通的。編譯器進行抉擇也是尊從的這個道理。從上面的例子中，我們也可以看的出來，這就就不再舉例說明。

總結

對于模闆的特化和偏特化，我的了解可能也不是很正确。希望大家和我進行探讨。我這裡隻是對自己的一些了解進行了總結。最後，也希望大家對我的部落格提出中肯的建議。我堅信，分享使我們更進步。