11.【CPP】模版（深入理解模版的实例化，从编译链接的原理理解模版为何无法分离编译）-编程知识

11.【CPP】模版（深入理解模版的实例化，从编译链接的原理理解模版为何无法分离编译）

非类型模版参数

1.模版参数分为类型模版参数和非类型模版参数，非类型模版参数一般都是整形常量（整形：size_t,int,char等）
2.浮点数、类对象以及字符串是不允许作为非类型模版参数的。非类型模版的参数必须在编译的时候就能确定结果。

模版的特化

概念

通常情况下，使用模板可以实现一些与类型无关的代码，但对于一些特殊类型的可能会得到一些错误的结
果，需要特殊处理，比如：实现了一个专门用来进行小于比较的函数模板

// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
return left < right;
}
int main()
{
cout << Less(1, 2) << endl; // 可以比较，结果正确
Date d1(2022, 7, 7);
Date d2(2022, 7, 8);
cout << Less(d1, d2) << endl; // 可以比较，结果正确
Date* p1 = &d1;
Date* p2 = &d2;
cout << Less(p1, p2) << endl; // 可以比较，结果错误
return 0;
}

可以看到，Less绝对多数情况下都可以正常比较，但是在特殊场景下就得到错误的结果。上述示例中，p1指向的d1显然小于p2指向的d2对象，但是Less内部并没有比较p1和p2指向的对象内容，而比较的是p1和p2指针的地址，这就无法达到预期而错误。
此时，就需要对模板进行特化。即：在原模板类的基础上，针对特殊类型所进行特殊化的实现方式。模板特化中分为函数模板特化与类模板特化。

函数模板特化

必须要先有一个基础的函数模板
关键字template后面接一对空的尖括号<>
函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型
函数形参表: 必须要和模板函数的基础参数类型完全相同，如果不同编译器可能会报一些奇怪的错误

// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
return left < right;
}
// 对Less函数模板进行特化
template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
{
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; // 调用特化之后的版本，而不走模板生成了
return 0;
}

注意：一般情况下如果函数模板遇到不能处理或者处理有误的类型，为了实现简单通常都是将该函数直接给出。

bool Less(Date* left, Date* right)
{
return *left < *right;
}

偏特化

//偏特化
template<class T>
struct Less
{bool operator()(const T* l, const T* r)const{return *l < *r;}
};

针对所有指针类型实现一个函数模板，比较指针指向的对象

模版的分离编译

看下面这段代码

//halo.h
#pragma once
#include<iostream>void func();template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right);//halo.cpp
#include"halo.h"void func()
{std::cout << "halo.cpp" << std::endl;
}template<typename T>
T Add(const T& l, const T& r)
{return l + r;
}//test.cpp
#include"halo.h"int main()
{func();int ret = Add(1, 2);return 0;
}

上述代码在halo.h完成了函数的声明，halo.cpp实现了函数的定义，看上去没问题，但实则是通过不了编译
在这里插入图片描述
原因是模版不支持分离编译
我们查看反汇编可以看到

符号表中有func的地址，但没有add的地址，因为T的类型不确定没有实例化出特定类型，jmp不到对应的地址。因此发生链接错误

解决方案

显示实例化（一般不用）

//显示实例化
template
int Add<int>(const int& l, const int& r);

这种方法每个类型去显示实例化一份太麻烦了，似乎就没有了模版的意义。

将声明和定义放到一个文件 “xxx.hpp” 里面或者xxx.h。推荐使用这种。

由于模版实例化是惰性的，编译test.cpp时包含了头文件halo.h（里面有add的声明）编译器就能以为halo.cpp会有add的实现所以能通过编译。编译halo.cpp时，可以解析模板定义并检查语法，但不能生成add函数的代码。因为要生成代码，需要知道模板参数，即需要一个类型，而不是模板本身。