《C++初阶之STL》【模板参数 + 模板特化 + 分离编译】

C++的模板参数有哪些？

模板（Template）：是泛型编程的核心机制，允许在编写代码时使用参数化的类型或值，从而实现代码的复用。模板的参数分为两大类：类型参数和非类型参数，此外还有模板模板参数（较少见）

注：博主可没有打错字哦~，名字真的就叫作模板模板参数啊！

一、类型参数

类型参数（Type Parameters）：表示模板中使用的数据类型

可以是内置类型（如：int、double）
或者是自定义类型（如：类、结构体）

1. 通用类型参数

使用class或typename声明，两者含义相同（推荐用typename，更清晰）

代码语言：javascript

AI代码解释

template <class T> // 类型参数 T void swap(T& a, T& b) { T temp = a; a = b; b = temp; } template <typename U> // 等价于 class U class Vector { /* ... */ };

示例调用：

代码语言：javascript

AI代码解释

swap<int>(3, 5); // 显式指定类型为 int swap<double>(3.14, 2.71); // 显式指定类型为 double // 也可隐式推导类型：swap(3, 5);（编译器自动推导为 int）

2. 默认类型参数

可以为类型参数指定默认类型，调用时若未指定则使用默认值

代码语言：javascript

AI代码解释

template <typename T = int> // 默认类型为 int class Stack { // ... }; Stack<> s; // 使用默认类型 int Stack<double> d; // 显式指定类型为 double

二、非类型参数

非类型参数（Non-Type Parameters）：表示模板中使用的常量值

通常为整型、枚举值或指针/引用
C++11 后支持std::nullptr_t、constexpr变量等

1. 基本语法

代码语言：javascript

AI代码解释

template <typename T, int Size> // T 是类型参数，Size 是非类型参数（整数） class Array { private: T data[Size]; // 使用非类型参数 Size 作为数组长度 public: int getSize() const { return Size; } };

2. 限制条件

非类型参数必须是编译期可确定的常量，不能是变量或运行时计算的值

代码语言：javascript

AI代码解释

Array<int, 10> arr; // 合法，10 是编译期常量 int n = 10; // Array<int, n> arr; // 非法，n 是变量，非编译期常量

对于指针/引用类型的非类型参数，要求其指向的对象具有静态存储期（如：全局变量、static变量）

代码语言：javascript

AI代码解释

int global_var = 0; template <int* ptr> void func() { /* ... */ } func<&global_var>(); // 合法，指向全局变量

代码案例：非类型参数的使用小案例

代码语言：javascript

AI代码解释

namespace mySpace { //任务：定义的一个“静态数组”的模板类，同时要使用“非类型参数” template<class T, size_t N = 10> class array { private: T _array[N]; //1.存储数据的静态数组 注意：在编译期确定数组大小 size_t _size; //2.记录数组中有效元素数量的变量 public: //1.实现：“普通版本的下标运算符[]的重载函数” T& operator[](size_t index) //注意：支持对数组元素的读写操作 { return _array[index]; } //2.实现：“const版本的下标运算符[]的重载函数” const T& operator[](size_t index)const //注意：保证在只读场景下也能通过下标访问元素，返回的是 const 引用，确保元素不会被修改 { return _array[index]; } //3.实现：“获取数组中有效元素的数量的操作” size_t size()const { return _size; } //4.实现：“判断数组是否为空的操作” bool empty()const { return _size == 0; } }; }

三、模板模板参数

模板模板参数（Template Template Parameters）：是指模板本身作为参数，用于将另一个模板传递给当前模板。（注：暂时先了解一下概念即可）

------------模板特化------------

1. 什么是模板特化？

模板特化（Template Specialization）：是模板机制的一个重要特性，允许针对特定的模板参数类型，提供模板的定制化实现。

它允许针对特定类型或值，定制模板的行为，解决通用模板在特殊场景下的 “水土不服” 问题。
当模板在某些特定类型下需要不同的行为或更高效的实现时，特化可以让代码更灵活、更贴合需求。

2. 为什么要使用模板特化？

在介绍的模板特化的时候，我们说模板特化是多么的厉害，但是口说无凭，模板特化真的有那么好吗？下面的我们就来看一看模板特化的重要性。

代码语言：javascript

AI代码解释

#include <iostream> using namespace std; //任务1：定义一个日期类 class Date { public: /*--------------成员变量--------------*/ int _year; int _month; int _day; /*--------------成员函数--------------*/ //1.实现：“默认构造函数” Date(int y, int m, int d) : _year(y) , _month(m) , _day(d) {} //2.实现：“<运算符重载函数” bool operator<(const Date& other) const //注意：用于比较两个日期的先后顺序 { if (_year != other._year) return _year < other._year; // 优先比较年份 if (_month != other._month) return _month < other._month; // 年份相同则比较月份 return _day < other._day; // 年份和月份都相同则比较日期 } }; //任务2：定义比较函数模板 template<class T> bool Less(T x, T y) { return x < y; //注意：依赖 T 类型的 operator< 实现 } int main() { // ---------------- 基础类型比较（正确行为）---------------- // 1. 实例化 Less<int>(int, int) // 调用内置的 int 类型的 < 运算符 cout << Less(1, 2) << endl; // ---------------- 对象类型比较（正确行为）---------------- // 2. 实例化 Less<Date>(Date, Date) // 调用 Date 类重载的 operator< Date d1(2022, 7, 7); Date d2(2022, 7, 8); cout << Less(d1, d2) << endl; // ---------------- 指针类型比较（潜在问题）---------------- // 3. 实例化 Less<Date*>(Date*, Date*) // 调用指针类型的 < 运算符（比较内存地址） Date* p1 = &d1; // p1 指向 d1 的内存地址 Date* p2 = &d2; // p2 指向 d2 的内存地址 cout << Less(p1, p2) << endl; // 可能输出 0 或 1（取决于内存地址的随机分配） //注意：此处本意是比较对象内容，但实际比较的是指针地址 return 0; }

在这里插入图片描述

可以看到，Less函数在大多数情况下都能正常比较，但在特殊场景中会得出错误结果。在上述示例里：

p1指向的d1显然小于p2指向的d2对象
然而Less内部并没有比较p1和p2所指向对象的内容
而是比较了p1和p2指针的地址，这就无法达成预期，进而出现错误

（哈哈，虽然博主在自己的VS上演示的结果没有出错，但是并不代表它没有问题呦）这时，就需要对模板进行特化处理。也就是在原模板的基础上，针对特定类型，进行专门化的实现。

3. 模板特化有哪些？

模板特化的分类：C++ 的模板特化可分为：函数模板特化和类模板特化两大类。

一、函数模板特化

函数模板特化的步骤

1. 先定义基础函数模板

要特化函数模板，得先有一个通用的基础函数模板，它为各类型提供默认的泛型逻辑。

比如：我们想实现 “比较两个值大小，返回bool结果” 的功能，先写通用模板：

代码语言：javascript

AI代码解释

template <class T> bool Less(T left, T right) { return left < right; }

这个模板能处理int、double、自定义类（若重载了<运算符）等类型的比较，但遇到指针类型时会因比较地址而非内容出问题，这就需要特化。

2. 添加特化声明与实现

特化标识：用template<>表明这是一个模板特化（空尖括号表示不再推导模板参数）
明确特化类型：在函数名后的尖括号里，写上要专门处理的特定类型（如：Date*类型，就写Less<Date*>）
保持形参匹配：特化函数的形参列表，必须和基础函数模板的形参类型严格一致，否则编译器可能报错或匹配异常

前面我们提到，Less函数在比较p1和p2时，内部并未比较它们所指向对象的内容，而是直接比较了指针的地址，这与预期不符，会导致错误。此时，需要通过模板特化来解决这一问题。既然已经了解了模板特化的方法，接下来我们就按照上面的步骤对代码进行特化处理吧！

代码语言：javascript

AI代码解释

#include <iostream> using namespace std; //任务1：定义一个日期类 class Date { public: /*--------------成员变量--------------*/ int _year; int _month; int _day; /*--------------成员函数--------------*/ //1.实现：“默认构造函数” Date(int y, int m, int d) : _year(y) , _month(m) , _day(d) {} //2.实现：“<运算符重载函数” bool operator<(const Date& other) const //注意：用于比较两个日期的先后顺序 { if (_year != other._year) return _year < other._year; // 优先比较年份 if (_month != other._month) return _month < other._month; // 年份相同则比较月份 return _day < other._day; // 年份和月份都相同则比较日期 } }; //任务2：定义比较函数模板Less template<class T> bool Less(T left, T right) { return left < right; //注意：依赖 T 类型的 operator< 实现 } //任务3：对Less函数模板进行特化 template<> bool Less<Date*>(Date* left, Date* right) { return *left < *right; } int main() { // ---------------- 基础类型比较（正确行为）---------------- // 1. 实例化 Less<int>(int, int) // 调用内置的 int 类型的 < 运算符 cout << Less(1, 2) << endl; // ---------------- 对象类型比较（正确行为）---------------- // 2. 实例化 Less<Date>(Date, Date) // 调用 Date 类重载的 operator< Date d1(2022, 7, 7); Date d2(2022, 7, 8); cout << Less(d1, d2) << endl; // ---------------- 指针类型比较（潜在问题）---------------- // 3. 实例化 Less<Date*>(Date*, Date*) // 调用指针类型的 < 运算符（比较内存地址） Date* p1 = &d1; // p1 指向 d1 的内存地址 Date* p2 = &d2; // p2 指向 d2 的内存地址 cout << Less(p1, p2) << endl; //注意：调用特化之后的版本了，而不是走通用模板了 return 0; }

在这里插入图片描述

函数模板全特化

函数模板全特化：为函数模板的所有参数显式指定类型，完全覆盖通用逻辑。

语法：

代码语言：javascript

AI代码解释

template <> //函数模板特化 返回类型 模板函数名<特化类型>(参数列表) { ... }

示例：通用函数模板用于比较两个值的大小，但对const char*（C 风格字符串），默认会比较指针地址而非内容，所以需要特化：

代码语言：javascript

AI代码解释

#include <iostream> #include <string> using namespace std; /*--------------------- 通用模板（求最大值）---------------------*/ template <typename T> T max_val(T a, T b) { return a > b ? a : b; } /*------------------ 针对const char*类型的全特化 ------------------*/ template <> // 函数模板全特化 const char* max_val<const char*>(const char* a, const char* b) //按字符串字典序比较 { return strcmp(a, b) > 0 ? a : b; // 使用 C 风格字符串比较 //注意：strcmp 返回值：a > b 则 >0，a < b 则 <0，相等则 0 } int main() { /*----------------调用通用模板：比较int值----------------*/ cout << "-----调用通用模板：比较int值-----" << endl; cout << max_val(10, 20) << endl; /*---------------------- 调用全特化版本：比较字符串的内容 ----------------------*/ cout << "-----调用全特化版本：比较字符串的内容-----" << endl; const char* s1 = "apple"; const char* s2 = "banana"; cout << max_val(s1, s2) << endl; //注意：自动匹配特化版本 return 0; }

在这里插入图片描述

函数模板偏特化

注意：C++不直接支持函数模板偏特化（语法会报错），但可通过函数重载模拟类似效果。

示例：让max_val对指针类型，比较指针指向的值，而非指针地址，通过重载实现：指针类型的 “偏特化”

代码语言：javascript

AI代码解释

#include <iostream> using namespace std; // 通用函数模板：比较值 template <class T> T max_val(T a, T b) { return a > b ? a : b; } // 重载版本：针对指针类型（模拟偏特化） template <class T> T* max_val(T* a, T* b) { return *a > *b ? a : b; } int main() { int x = 10, y = 20; // 调用通用模板：比较 int 值 cout << max_val(5, 3) << endl; // 调用重载的指针版本：比较 *x 和 *y int* result = max_val(&x, &y); cout << *result << endl; return 0; }

在这里插入图片描述

原理：

重载的max_val(T* a, T* b)并非严格意义的 “偏特化”，但利用函数重载决议，优先匹配指针类型的调用，达到 “针对部分类型定制” 的效果。
若直接写函数模板偏特化语法（如：template <class T> T max_val<T*>(T* a, T* b) { ... }），编译器会报错，因此实际开发常用重载替代。

www.dongchedi.com/article/7597217223819772478
www.dongchedi.com/article/7597215233471889944
www.dongchedi.com/article/7597216873696526910
www.dongchedi.com/article/7597217143041737241
www.dongchedi.com/article/7597214870441935385
www.dongchedi.com/article/7597214599947043353
www.dongchedi.com/article/7597214580846477886
www.dongchedi.com/article/7597216071082738201
www.dongchedi.com/article/7597214433031078424
www.dongchedi.com/article/7597214537498362392
www.dongchedi.com/article/7597215399566361150
www.dongchedi.com/article/7597215658752868888
www.dongchedi.com/article/7597215102077141528
www.dongchedi.com/article/7597214696924004889
www.dongchedi.com/article/7597213042329895448
www.dongchedi.com/article/7597215125493400126
www.dongchedi.com/article/7597212587801018905
www.dongchedi.com/article/7597214580846215742
www.dongchedi.com/article/7597214267869692440
www.dongchedi.com/article/7597213056480969278
www.dongchedi.com/article/7597212812516639257
www.dongchedi.com/article/7597212812516868633
www.dongchedi.com/article/7597213320844182041
www.dongchedi.com/article/7597211160895046206
www.dongchedi.com/article/7597211076186374681
www.dongchedi.com/article/7597212587801477657
www.dongchedi.com/article/7597210839670080062
www.dongchedi.com/article/7597210276412899864
www.dongchedi.com/article/7597211030086926872
www.dongchedi.com/article/7597211160895078974
www.dongchedi.com/article/7597209997126238744
www.dongchedi.com/article/7597209064238039577
www.dongchedi.com/article/7597211030087287320
www.dongchedi.com/article/7597209862904480318
www.dongchedi.com/article/7597209319725253145
www.dongchedi.com/article/7597208525277987353
www.dongchedi.com/article/7597208525278151193
www.dongchedi.com/article/7597210268858958398
www.dongchedi.com/article/7597209475426435609
www.dongchedi.com/article/7597209772429476377
www.dongchedi.com/article/7597201951176213017
www.dongchedi.com/article/7597201687174562366
www.dongchedi.com/article/7597199724889997849
www.dongchedi.com/article/7597199550092657177
www.dongchedi.com/article/7597200248943329816
www.dongchedi.com/article/7597199001863701017
www.dongchedi.com/article/7597198298541834777
www.dongchedi.com/article/7597200591446000190
www.dongchedi.com/article/7597199968348357145
www.dongchedi.com/article/7597199312984162841
www.dongchedi.com/article/7597199429019861566
www.dongchedi.com/article/7597196791863902782
www.dongchedi.com/article/7597197725960110616
www.dongchedi.com/article/7597197533550920217
www.dongchedi.com/article/7597196766895079960
www.dongchedi.com/article/7597197878439756313
www.dongchedi.com/article/7597196909912031768
www.dongchedi.com/article/7597195764053492248
www.dongchedi.com/article/7597196370181030424
www.dongchedi.com/article/7597195961618121241
www.dongchedi.com/article/7597195004385182232
www.dongchedi.com/article/7597196281857442366
www.dongchedi.com/article/7597195368090075673
www.dongchedi.com/article/7597195809683505689
www.dongchedi.com/article/7597194439940932158
www.dongchedi.com/article/7597194164794933822
www.dongchedi.com/article/7597194060553749016
www.dongchedi.com/article/7597195414877995544
www.dongchedi.com/article/7597194911112479256
www.dongchedi.com/article/7597194219174068761
www.dongchedi.com/article/7597192718418756120
www.dongchedi.com/article/7597191743318065689
www.dongchedi.com/article/7597194069471003161
www.dongchedi.com/article/7597193401016500760
www.dongchedi.com/article/7597192147254772286
www.dongchedi.com/article/7597192394672505406
www.dongchedi.com/article/7597190301329080894
www.dongchedi.com/article/7597188998091833881
www.dongchedi.com/article/7597190006675243582
www.dongchedi.com/article/7597189866363372056