函数模板——隐式实例化、显式实例化、显式具体化

一、什么是实例化和具体化?

        为进一步了解模板,必须理解术语实例化和具体化。

(1)、实例化:在程序中的函数模板本身并不会生成函数定义,它只是一个用于生成函数定义的方案。编译器使用模板为特定类型生成函数定义时,得到的是模板实例。这即是函数模板的实例化。而函数模板实例化又分为两种类型:隐式实例化和显式实例化

例如:

template < typename T >
void Swap( T &a, T &b )
{
T temp;
temp = a;
a = b;
b = temp;
}
int main(void)
{
int a= 1, b = 2;
Swap(a, b);
Swap<int>(a, b);
return 0;
}

可以发现,在主函数中有两种Swap函数调用。

第一个Swap(a, b)导致编译器自动识别参数类型生成一个实例,该实例使用int类型,此为隐式实例化。    

而第二个Swap<int>(a, b),直接命令编译器创建特定的int类型的函数实例,用<>符号指示类型,此为显式实例化。

(2)、具体化:即显式具体化,与实例化不同的是,它也是一个模板定义,但它是对特定类型的模板定义。显式具体化使用下面两个等价的声明之一:

template <> void Swap<int>(int &, int &);
template <> void Swap(int &, int &);

可以发现,显式具体化声明在关键字template后包含<>。上面声明的意思是"不要使用Swap()模板来生成函数定义,而应使用专门为int类型显式地定义的函数的定义"。这些原型必须有自己的函数定义。

在这里,有人可能要说了:”明明可以通过隐式实例化自动生成int类型的函数定义,为何还要弄出一个显式具体化来弄出另外一个模板呢?这不是多此一举吗?”

我要解释一下,显式具体化的主要用途!而在介绍用途之前,我们先来了解一下普通函数模板的局限性。

二、模板的局限性

假设有如下模板函数:

template <typename T>
void fun(T a, T b)
{ ... }

通常,代码假定可执行哪些操作。例如,下面的代码假定定义了赋值。

a = b;
但是如果T为数组,这种假设将不成立!

同样,下面的语句假设定义了<

if ( a > b )
但如果T为结构,则该假设便不成立!

另外,为数组名定义了运算符 > ,但由于数组名是常量地址,因此它比较的是数组的地址,而这并不是我们所期望的操作。下面的语句假定为类型T定义了乘法运算符,但如果T为数组、指针或结构,这种假设便不成立:

T c = a * b;

       总之,编写的模板函数很可能无法处理某些类型。通常在C++中有一种解决方案是:运算符重载,以便能将其用于特定的结构或类。就是说一个类重载了运算符+之后,使用运算符+的模板便可以处理重载了运算符+的结构。

       但是,还有另外一种解决方案:为特定类型提供具体化的模板定义(这就是显式具体化的主要用途)。

三、显式具体化

       假定定义了如下结构:

struct job
{
  char name[40];
  double salary;
  int floor;
}

       另外,假设希望能够交换两个这种结构的内容。原来的模板使用下面的代码来完成交换:

    temp = a;
    a = b;
    b = temp;

       由于C++允许将一个结构赋给另一个结构,因此即使T是一个job结构,上述代码也可适用。然而,如果只想交换salary和floor成员,而不交换name成员,则需要使用不同的处理代码。但Swap() 的参数将保持不变(两个job结构的引用),因此无法使用模板的重载来提供其他代码(模板重载,模板的参数列表必须不同)。这时,就得用显式具体化来实现这个需求。

       上面已经介绍过显式具体化的声明方式,我们直接通过代码实例来看一下:

#include <iostream>
using namespace std;

//job结构
struct job
{
  char name[40];
  double salary;
  int floor;
};

//普通交换模板
template <typename T>
void Swap(T &a, T &b)
{
  T temp;
  temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}

//job类型的显式具体化模板
template <> void Swap<job>(job &j1, job &j2)
{
  double t1;
  int t2;

  //交换salary
  t1 = j1.salary;
  j1.salary = j2.salary;
  j2.salary = t1;

  //交换floor
  t2 = j1.floor;
  j1.floor = j2.floor;
  j2.floor = t2;
}

int main(void)
{
  int inta = 1, intb = 2;
  job zhangSan = {"张三", 80000, 6};
  job liSi = {"李四", 60000, 4};

  cout << "inta = " << inta << " inta = " << intb << endl;
  cout << zhangSan.name << " , " << zhangSan.salary << " , " << zhangSan.floor <<endl; 
  cout << liSi.name << " , " << liSi.salary << " , " << liSi.floor <<endl; 

  Swap(inta, intb); //编译器将实例化普通模板的int类型函数

  Swap(zhangSan, liSi); //编译器将实例化显式具体化模板job类型函数

  cout << "
交换后:
" << endl;
  cout << "inta = " << inta << " inta = " << intb << endl;
  cout << zhangSan.name << " , " << zhangSan.salary << " , " << zhangSan.floor <<endl; 
  cout << liSi.name << " , " << liSi.salary << " , " << liSi.floor <<endl;
  return 0;
}    

       

 

程序运行时匹配模板时,遵循的优先级是:

        具体化模板优先于常规模板,而非模板函数优先于具体化和常规模板。

总结:隐式实例化和显式实例化侧重于函数调用,显式具体化侧重于函数定义。

   


参考链接:https://blog.csdn.net/SunXiWang/article/details/78667444?depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task&utm_source=distribute.pc_relevant.none-task

原文地址:https://www.cnblogs.com/single-dont/p/12553295.html