C++函数模板的隐式实例化、显式实例化与显式具体化

一、什么是实例化和具体化？

        为进一步了解模板，必须理解术语实例化和具体化。

        （1）、实例化：在程序中的函数模板本身并不会生成函数定义，它只是一个用于生成函数定义的方案。编译器使用模板为特定类型生成函数定义时，得到的是模板实例。这即是函数模板的实例化。

        而函数模板实例化又分为两种类型：隐式实例化和显式实例化

例如：

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

int main(void){        int a= 1, b = 2;        Swap(a, b);        Swap<int>(a, b);        return 0;}

        可以发现，在主函数中有两种Swap函数调用。

        第一个Swap(a, b)导致编译器自动识别参数类型生成一个实例，该实例使用int类型，此为隐式实例化。    

        而第二个Swap<int>(a, b)，直接命令编译器创建特定的int类型的函数实例，用<>符号指示类型，此为显式实例化。

        （2）、具体化：即显式具体化，与实例化不同的是，它也是一个模板定义，但它是对特定类型的模板定义。显式具体化使用下面两个等价的声明之一：

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

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

        可以发现，显式具体化声明在关键字template后包含<>。上面声明的意思是"不要使用Swap()模板来生成函数定义，而应使用专门为int类型显式地定义的函数的定义"。这些原型必须有自己的函数定义。

         在这里，有人可能要说了：”明明可以通过隐式实例化自动生成int类型的函数定义，为何还要弄出一个显式具体化来弄出另外一个模板呢？这不是多此一举吗？”

        我要解释一下，显式具体化的主要用途！而在介绍用途之前，我们先来了解一下普通函数模板的局限性。

二、模板的局限性

假设有如下模板函数：

template <typename T>void fun(T a, T b){ ... }

通常，代码假定可执行哪些操作。例如，下面的代码假定定义了赋值。

a = b;

但是如果T为数组，这种假设将不成立！

同样，下面的语句假设定义了<

if ( a > b )

但如果T为结构，则该假设便不成立！

另外，为数组名定义了运算符 > ，但由于数组名是常量地址，因此它比较的是数组的地址，而这并不是我们所期望的操作。下面的语句假定为类型T定义了乘法运算符，但如果T为数组、指针或结构，这种假设便不成立：

T c = a * b;

       总之，编写的模板函数很可能无法处理某些类型。通常在C++中有一种解决方案是：运算符重载，以便能将其用于特定的结构或类。就是说一个类重载了运算符+之后，使用运算符+的模板便可以处理重载了运算符+的结构。

       但是，还有另外一种解决方案：为特定类型提供具体化的模板定义（这就是显式具体化的主要用途）。

三、显式具体化

       假定定义了如下结构：

struct job{      char  name[40];      double  salary;      int  floor;}

       另外，假设希望能够交换两个这种结构的内容。原来的模板使用下面的代码来完成交换：

temp  =  a;a = b;b = temp;

       由于C++允许将一个结构赋给另一个结构，因此即使T是一个job结构，上述代码也可适用。然而，如果只想交换salary和floor成员，而不交换name成员，则需要使用不同的处理代码。但Swap() 的参数将保持不变（两个job结构的引用），因此无法使用模板的重载来提供其他代码（模板重载，模板的参数列表必须不同）。这时，就得用显式具体化来实现这个需求。

       上面已经介绍过显式具体化的声明方式，我们直接通过代码实例来看一下：

#include <iostream>using namespace std;//job结构struct job{char name[40];double salary;int floor;};//普通交换模板template <typename T>void Swap(T &a, T &b){T temp;temp = a;a = b;b = temp;}//job类型的显式具体化模板template <> void Swap<job>(job &j1, job &j2){double t1;int t2;//交换salaryt1 = j1.salary;j1.salary = j2.salary;j2.salary = t1;//交换floort2 = j1.floor;j1.floor = j2.floor;j2.floor = t2;}int main(void){int inta = 1, intb = 2;job zhangSan = {"张三", 80000, 6};job liSi = {"李四", 60000, 4};    cout << "inta = " << inta << " inta = " << intb << endl;cout << zhangSan.name << " , " << zhangSan.salary << " , " << zhangSan.floor <<endl; cout << liSi.name << " , " << liSi.salary << " , " << liSi.floor <<endl; Swap(inta, intb); //编译器将实例化普通模板的int类型函数Swap(zhangSan, liSi);  //编译器将实例化显式具体化模板job类型函数cout << "\n交换后：\n" << endl;cout << "inta = " << inta << " inta = " << intb << endl;cout << zhangSan.name << " , " << zhangSan.salary << " , " << zhangSan.floor <<endl; cout << liSi.name << " , " << liSi.salary << " , " << liSi.floor <<endl;return 0;}

运行截图：

                     

在程序运行时匹配模板时，遵循的优先级是：

        具体化模板优先于常规模板，而非模板函数优先于具体化和常规模板。