C++模板的特化与偏特化

http://cppblog.com/SmartPtr/archive/2007/07/04/27496.html

(1) 类模板
定义一个栈的类模板,它可以用来容纳不同的数据类型

template <class T>
class stack {
private:
    list* top;
public:
    stack();
    stack(const stack&);
    ~stack();
    void push(T&);
    T& pop();
    //…
};

类模板的使用除了要在声明时指明模板参数外，其余均与普通的类相同，例如：

stack<int> int_stack;
stack<char> ch_stack;
stack<string> str_stack;
int_stack.push(10);
ch_stack.push(‘z’);
str_stack.push(“c++”);

(2)　函数模板
假设现在要定义一个max函数来返回同一类型(这种类型是允许比较的)两个值的最大者.

模板函数的使用与普通非模板函数使用相同，因为模板函数的参数类型可以从其传入参数中解析出来

template<class T>
T mymax(const T&t1, const T&t2)
{
    return t1 < t2 ? t2 : t1;
}

void main()
{
    int t1 = 1, t2 = 3;
    cout << mymax(t1, t2);
}

3.模板的特化
(1)　　　类模板特化
有时为了需要,针对特定的类型,需要对模板进行特化,也就是特殊处理.例如,stack类模板针对bool类型,因为实际上bool类型只需要一个二进制位，就可以对其进行存储,使用一个字或者一个字节都是浪费存储空间的.

template <class T>
class stack {};
template < >
class stack<bool> { //…// };

上述定义中template < >告诉编译器这是一个特化的模板。

(2) 函数模板的特化
看下面的例子

main()
{
  int highest = mymax(5,10);
  char c = mymax(‘a’, ’z’);
  const char* p1 = “hello”;
  const char* p2 = “world”;
  const char* p = mymax(p1,p2);
}

前面两个mymax都能返回正确的结果.而第三个却不能,因为,此时mymax直接比较两个指针p1 和 p2 而不是其指向的内容.
针对这种情况,当mymax函数的参数类型为const char* 时,需要特化。

template <class T>
T mymax(const T t1, const T t2)
{
   return t1 < t2 ? t2 : t1;
}

template <>
const char* mymax(const char* t1,const char* t2)
{
   return (strcmp(t1,t2) < 0) ? t2 : t1;
}

现在mymax(p1,p2)能够返回正确的结果了。(这个例子在扯淡，vs2015运行没问题)

模板为什么要特化，因为编译器认为，对于特定的类型，如果你能对某一功能更好的实现，那么就该听你的。

模板分为类模板与函数模板，特化分为全特化与偏特化。全特化就是限定死模板实现的具体类型，偏特化就是如果这个模板有多个类型，那么只限定其中的一部分。

4.模板的偏特化
模板的偏特化是指需要根据模板的某些但不是全部的参数进行特化，或者将T偏特化为T* 也是属于偏特化
(1) 类模板的偏特化
例如c++标准库中的类vector的定义

template <class T, class Allocator>
class vector { // … // };
template <class Allocator>
class vector<bool, Allocator> { //…//};

这个偏特化的例子中，一个参数被绑定到bool类型，而另一个参数仍未绑定需要由用户指定。
(2) 函数模板的偏特化

(模板函数不能偏特化，但是可以重载。)为什么不能偏特化？
  严格的来说，函数模板并不支持偏特化，但由于可以对函数进行重载，所以可以达到类似于类模板偏特化的效果。
  template <class T> void f(T);  (a)
  根据重载规则，对（a）进行重载
  template < class T> void f(T*);  (b)

5.模板特化时的匹配规则
(1) 类模板的匹配规则
最优化的优于次特化的，即模板参数最精确匹配的具有最高的优先权
例子：

template <class T> class vector{//…//}; // (a)  普通型
template <class T> class vector<T*>{//…//};  // (b) 对指针类型特化
template <>   class vector <void*>{//…//};  // (c) 对void*进行特化

每个类型都可以用作普通型（a）的参数，但只有指针类型才能用作（b）的参数，而只有void*才能作为(c)的参数

(2) 函数模板的匹配规则
非模板函数具有最高的优先权。如果不存在匹配的非模板函数的话，那么最匹配的和最特化的函数具有高优先权
例子：

template <class T> void f(T);  // (d)
template <class T> void f(int, T, double); // (e)
template <class T> void f(T*);  // (f)
template <> void f<int> (int) ; // (g)
void f(double);  // (h)
bool b;
int i;
double d;
f(b); // 以 T = bool 调用 （d）
f(i,42,d) // 以 T = int 调用（e）
f(&i) ; // 以 T = int* 调用（f）
f(d);  //  调用（g）

参考effective c++条款25

class WidgetImpl
{
public:
    WidgetImpl(){}
    ~WidgetImpl(){}
private:
    std::vector<double>v;
};

class Widget
{
private:
    WidgetImpl* pImpl;
public:
    void swap(Widget& other)
    {
        using std::swap;
        swap(pImpl, other.pImpl);
    }
};

//将std::swap特化,与STL容器保持一致，所有STL容器也都提供public swap成员函数和std::swap特化版本(用以调用前者)
namespace std
{
template<>
void swap<Widget>(Widget& a, Widget& b)
{
    a.swap(b);
}
}

//考虑类模板的情况
template<class T>
class WidgetImpl
{
public:
    WidgetImpl(){}
    ~WidgetImpl(){}
private:
    std::vector<double>v;
};

template<class T>
class Widget
{
private:
    WidgetImpl<T>* pImpl;
public:
    void swap(Widget<T>& other)
    {
        using std::swap;
        swap(pImpl, other.pImpl);
    }
};

//以下代码偏特化函数模板(std::swap),但c++只允许对类模板偏特化，函数模板不能偏特化
namespace std
{
template<class T>
void swap<Widget<T>>(Widget<T>& a, Widget<T>& b)
{
    a.swap(b);
}
}