C++ Template 基础篇（二）：类模板

Template 基础篇-类模板

Template所代表的泛型编程是C++语言中的重要的组成部分，我将通过几篇blog对这半年以来的学习做一个系统的总结，本文是基础篇的第二部分。

类模板定义

类模板也是公共逻辑的抽象，通常用来作为容器（例如：vector）或者行为（例如：clonable）的封装。

类模板

下面定义了一个Printer类模板，负责打印以及转化为string。

template<typename T>class Printer {public:    explicit Printer(const T& param):t(param){}    string&& to_string();    //定义在内部    void print() {        cout << t << endl;    }private:    T t;};//定义在外部template<typename T>string&& Printer<T>::to_string() {    strstream ss;    ss << t;    return std::move(string(ss.str()));}Printer p(1); //errorPrinter<int> p(1); //ok

与函数模板不同，类模板不能推断实例化。所以你只能显示指定类型参数使用Printer<int> p(1)，而不能让编译器自行推断Printer p(1)。

类模板的成员函数既可以定义在内部，也可以定义在外部。定义在内部的被隐式声明为inline，定义在外部的类名之前必须加上template的相关声明。

类模板中的成员函数模板

我们还可以把类模板和函数模板结合起来，定义一个含有成员函数模板的类模板。

template<typename T>class Printer {public:    explicit Printer(const T& param):t(param){}    //成员函数模板    template<typename U>    void add_and_print(const U& u);private:    T t;};//注意这里要有两层template的说明template<typename T>template<typename U>void Printer<T>::add_and_print(const U& u) {    cout << t + u << endl;}Printer<int> p(42);p.add_and_print(1.1); //自动推断U为double，打印出43.1

类模板Tips

类模板中的static成员

类模板中可以声明static成员，在类外定义的时候要增加template相关的关键词。另外，需要注意的是：每个不同的模板实例都会有一个独有的static成员对象。

template<typename T>class Printer {public:    explicit Printer(const T& param):t(param){}    static int s_value;private:    T t;};template<typename T> //注意这里的定义方式int Printer<T>::s_value = 1;Printer<int> pi(1);Printer<int> pi2(1);Printer<double> pd(1.0);pi.s_value += 1; //pi和pi2中的改变了，pd的没改变

其实这个结论是显然的，static成员属于实例化后的类，不同的实例化当然有不同static成员。就像上面的例子一样，pi.s_value += 1只影响到了Printer<int>，而不会影响到Printer<double>。

函数模板中的static局部变量也有类似的工作方式。

类模板成员函数实例化

为了节省资源，类模板实例化时并不是每个成员函数都实例化了，而是使用到了哪个成员函数，那个成员函数才实例化。

template<typename T>class Printer {public:    explicit Printer(const T& param):t(param){}    void print() {        cout << t << endl;    } private:    T t; };class empty{};empty e;Printer<empty> p(e); //ok

虽然成员函数print无法通过编译，但是因为没有使用到，也就没有实例化print，所以没有触发编译错误。

类模板别名

为了简化代码，我们可以使用typedef为类模板的某个实例定义一个别名，也可以使用using语句固定一个或多个类型参数（这有点偏特化的意思了）。

typedef std::pair<int, int> PairOfInt; //ok，为std::pair<int, int>定义了一个别名template <typename T> using WithNum = std::pair<T, int>; //ok，相当于定义了一个std::pair的偏特化PairOfInt poi; //实际类型，std::pair<int, int>WithNum<std::string> strs; //实际类型，std::pair<string, int>WithNum<int> ints; //实际类型，std::pair<int, int>

特化与偏特化

类模板的特化与偏特化

就像函数模板重载那样，你可以通过特化（偏特化）类模板来为特定的类型指定你想要的行为。类模板的特化（偏特化）只需要模板名称相同并且特化列表<>中的参数个数与原始模板对应上即可，模板参数列表不必与原始模板相同模板名称相同。一个类模板可以有多个特化，与函数模板相同，编译器会自动实例化那个最特殊的版本。

template<typename T> //基本模板class S {public:   void info() {          printf("In base template\n");    }};template<> //特化class S<int> { public:   void info() {       printf("In int specialization\n");   }};template<typename T> //偏特化class S<T*> {public:   void info() {       printf("In pointer specialization\n");    }};template<typename T, typename U> //另外一个偏特化class S<T(U)> {public:    void info() {        printf("In function specialization\n");    }};int func(int i) {    return 2 * i;}S<float> s1;s1.info();     //调用base模板                S<int> s2;s2.info();     //调用int特化版本S<float*> s3;s3.info();     //调用T*特化版本 S<decltype(func)> s4;s4.info();     //调用函数特化版本

提供了所有类型实参的特化是完全特化，只提供了部分类型实参或者T的类型受限（例如：T*）的特化被认为是不完整的，所以也被称为偏特化。完全特化的结果是一个实际的class，而偏特化的结果是另外一个同名的模板。

类模板成员特化

除了可以特化类模板之外，还可以对类模板中的成员函数和普通静态成员变量进行特化。

template<typename T>  class S {public:    void info() {        printf("In base template\n");    }    static int code;};template<typename T>int S<T>::code = 10;template<>int S<int>::code = 100;    //普通静态成员变量的int特化template<>void S<int>::info() {    //成员函数的int特化     printf("In int specialization\n");} S<float> s1;s1.info();    //普通版本printf("Code is: %d\n", s1.code);    //code = 10S<int> s2; s2.info();   //int特化版本printf("Code is: %d\n", s2.code);   //code = 100