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STL运用的C++技术（2）——模板特化 .

来源：互联网 发布：300m网络 用哪几根线 编辑：程序博客网 时间：2024/05/14 14:37
 STL是C++标准库的重要组成部分之一，它不仅是一个可复用的组件库，更是一个包含算法与数据结构的软件框架，同时也是C++泛型编程的很好例子。STL中运用了许多C++的高级技术。本文介绍模板特化技术的运用。主要参考了《C++ Primer》和《STL源码剖析》。

       STL中大量运用了模块，可以说模板是创建类或函数的公式。但是，我们并不总能写出对所有可能被实例化的类型都最合适的模板。举个函数模板特化的例子。

[cpp] view plaincopyprint?
  1. template <typename T>  
  2. int Compare(const T &x, const T &y)  
  3. {  
  4.     if(x < y)  
  5.         return -1;  
  6.     else if(x > y)  
  7.         return 1;  
  8.     else  
  9.         return 0;  
  10. }  
         对于上面这个函数模板，如果用两个字符串指针来调用，那么比较的是指针值，也就是比较地址大小，而不是字符串的大小。因此为了能够将Compare函数用于字符串，就需要提供一个知道怎么比较C风格字符串的特殊定义。这就是模板特化。

        模板特化（template specialization）的定义为指定一个或多个模板形参的实际类型或实际值。例如可以为Compare模板函数定义一个特化版本。

[cpp] view plaincopyprint?
  1. template <> //template关键字后面接空括号  
  2. int Compare(const char * const &x, const char * const &y) //形参为指向常量的常指针的引用  
  3. {  
  4.     return strcmp(x, y);  
  5. }  
        上文简单阐述了模板特化，现在介绍模板特化在STL中的运用，以迭代器中的运用为例。

        迭代器是STL的关键所在，它将原本分开的数据容器和算法很好的胶合在一起。比如下面这个STL中的函数（摘自源码），命名上做了修改，同时略去了一些代码，但是足以说明问题。这个函数通过迭代器交换容器的数据，迭代器是数据容器和算法的桥梁，算法通过数据容器的迭代器访问容器中的数据，而不需关心容器的具体构造。

[cpp] view plaincopyprint?
  1. //真正的交换函数，内部调用   
  2. template <class Iter1, class Iter2, class T>  
  3. inline void _iter_swap(Iter1 a, Iter2 b, T) {  
  4.   T tmp = *a;  
  5.   *a = *b;  
  6.   *b = tmp;  
  7. }  
  8. //交换两个迭代器所指的元素，外部接口   
  9. template <class Iter1, class Iter2>  
  10. inline void iter_swap(Iter1 a, Iter2 b) {  
  11.  _iter_swap(a, b, VALUE_TYPE(Iter1)); //VALUE_TYPE返回迭代器的值类型  
  12. }  
       上面用到了一个VALUE_TYPE调用，注释说是返回迭代器的值类型，具体如何下文会有介绍。举这个例子，就是为了引出这个调用。本文讲的是模板特化，但是到这里好像已经跑题了，不知所云。铺垫差不多了，进入正题。

       问一个问题，iter_swap这个函数的形参是迭代器，我们需要在函数内部定义一个临时变量，变量的数据类型为迭代器所指的数据类型。那么我们如何知道迭代器所指的数据类型呢？有人说，可以利用模板实参推断机制，解决这个问题。代码如下所示：

[cpp] view plaincopyprint?
  1. //真正的交换函数   
  2. template <class Iter1, class Iter2, class T>  
  3. inline void _iter_swap(Iter1 a, Iter2 b, T) {  
  4.   T tmp = *a;  
  5.   *a = *b;  
  6.   *b = tmp;  
  7. }  
  8. //交换两个迭代器所指的元素   
  9. template <class Iter1, class Iter2>  
  10. inline void iter_swap(Iter1 a, Iter2 b) {  
  11.  _iter_swap(a, b, *a); //模板实参推断  
  12. }  
        但是如果要推导函数的返回类型，模板实参推断机制就失效了。模板实参推断机制的具体内容，将在本系列（3）中介绍。继续上面的问题，本文用了一个称之为VALUE_TYPE的调用来获取的，它就像是一个萃取剂，萃取出迭代器所指的数据类型。那么它是如何实现的呢？答案就是内嵌型别。在STL中，大多数容器要求定义迭代器的内嵌型别，下面是 list 中的定义，已化简。
[cpp] view plaincopyprint?
  1. class MyAlloc{    
  2. };  
  3.   
  4. template<class T>  
  5. struct List_iterator{  
  6.   typedef T value_type;  //list 迭代器的内嵌型别  
  7.   ...  
  8. };  
  9.   
  10. template <class T, class Alloc = MyAlloc>  
  11. class list{  
  12. public:  
  13.   typedef List_iterator<T>  iterator;  //list迭代器  
  14.   ...  
  15. };  
        通过下面这种方式就可以萃取出 list 迭代器所指的数据类型。
[cpp] view plaincopyprint?
  1. template<class I>  
  2. struct Iterator_traits{ //萃取剂定义  
  3.     typedef typename I::value_type value_type;  
  4. };  
  5.   
  6. Iterator_traits<list<int>::iterator>::value_type x = 1;  
        这种方式只能萃取出定义了内嵌型别的迭代器，但是如果是原生指针呢，它是没有内嵌型别的？比如 vector 容器，它是用原生指针做迭代器的。定义如下：
[cpp] view plaincopyprint?
  1. class MyAlloc{    
  2. };  
  3.   
  4. template <class T, class Alloc = MyAlloc>  
  5. class vector :   
  6. {  
  7. public:  
  8.   typedef T value_type;    //内嵌型别  
  9.   typedef value_type* pointer;  
  10.   typedef const value_type* const_pointer;  
  11.   typedef value_type* iterator;  //vector 迭代器，是原生指针  
  12.   typedef const value_type* const_iterator;  
  13.   typedef value_type& reference;  
  14.   typedef const value_type& const_reference;  
  15.   ...  
  16. };  
      模板特化终于登场了，下面加入了原生指针的支持，使用的正是模板特化技术，在泛化设计中加入了特化版本。该技术也是STL中的核心关键所在。
[cpp] view plaincopyprint?
  1. template<class I>  
  2. struct Iterator_traits{  
  3.     typedef typename I::value_type value_type;  
  4. };  
  5. //特化 原生指针   
  6. template<class T>  
  7. struct Iterator_traits<T*>{  
  8.     typedef T value_type;  
  9. };  
  10. //特化 原生常指针   
  11. template<class T>  
  12. struct Iterator_traits<const T*>{  
  13.     typedef T value_type;  
  14. };  
    下面给出了完整的代码，已在VS2008下测试通过。
[cpp] view plaincopyprint?
  1. #include <iostream>   
  2. #include <vector>   
  3. #include <list>   
  4. using namespace std;  
  5.   
  6. //萃取剂   
  7. template<class I>  
  8. struct Iterator_traits{  
  9.     typedef typename I::value_type value_type;  
  10. };  
  11. //特化 原生指针   
  12. template<class T>  
  13. struct Iterator_traits<T*>{  
  14.     typedef T value_type;  
  15. };  
  16. //特化 原生常指针   
  17. template<class T>  
  18. struct Iterator_traits<const T*>{  
  19.     typedef T value_type;  
  20. };  
  21.   
  22. #define VALUE_TYPE(I) Iterator_traits<I>::value_type()  
  23.   
  24. //交换两个迭代器所指的元素   
  25. template <class Iter1, class Iter2>  
  26. inline void iter_swap(Iter1 a, Iter2 b) {  
  27.  _iter_swap(a, b, VALUE_TYPE(Iter1)); //VALUE_TYPE返回迭代器的值类型  
  28. }  
  29. //真正的交换函数   
  30. template <class Iter1, class Iter2, class T>  
  31. inline void _iter_swap(Iter1 a, Iter2 b, T) {  
  32.   T tmp = *a;  
  33.   *a = *b;  
  34.   *b = tmp;  
  35. }  
  36. //测试函数   
  37. int main()  
  38. {  
  39.     int a = 1, b = 2;  
  40.     iter_swap(&a,&b);  
  41.     cout<<a<<' '<<b<<endl;  //2 1  
  42.       
  43.     list<int> l;  
  44.     l.push_back(3);  
  45.     l.push_back(4);  
  46.     iter_swap(l.begin(),++l.begin());  
  47.     cout<<*(l.begin())<<' '<<*(++l.begin())<<endl; //4 3  
  48.   
  49.     Iterator_traits<int *>::value_type w = 5;       //特化  
  50.     Iterator_traits<const int*>::value_type  x = 6; //特化  
  51.         Iterator_traits<vector<int>::iterator>::value_type y = 7; //vector 容器  
  52.     Iterator_traits<list<int>::iterator>::value_type z = 8;   //list 容器  
  53.     cout<<w<<' '<<x<<' '<<y<<' '<<z<<endl; //5 6 7 8  
  54.     return 0;  
  55. }  
        本文介绍模板特化的同时，其实也介绍了STL迭代器实现的另一关键技术——内嵌型别。下文将介绍模板实参推断机制。
      本人享有博客文章的版权，转载请标明出处 http://blog.csdn.net/wuzhekai1985
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