C++笔记（8） template partitial specialization模板偏特化

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

Note： The 2nd one compiles fail on VC2005.??

C++类模板的三种特化

By SmartPtr(http://www.cppblog.com/SmartPtr/)

 

  说起C++的模板及模板特化， 相信很多人都很熟悉 ，但是说到模板特化的几种类型，相信了解的人就不是很多。我这里归纳了针对一个模板参数的类模板特化的几种类型， 一是特化为绝对类型； 二是特化为引用，指针类型；三是特化为另外一个类模板。
 这里用一个简单的例子来说明这三种情况：

// general version
template<class T>
class Compare
{
public:
    static bool IsEqual(const T& lh, const T& rh)
    {
        return lh == rh;
    }
};

这是一个用于比较的类模板，里面可以有多种用于比较的函数， 以IsEqual为例。
 
一、特化为绝对类型
也就是说直接为某个特定类型做特化，这是我们最常见的一种特化方式， 如特化为float, double等

// specialize for float
template<>
class Compare<float>
{
public:
    static bool IsEqual(const float& lh, const float& rh)
    {
        return abs(lh - rh) < 10e-3;
    }
};

// specialize for double
template<>
class Compare<double>
{
public:
    static bool IsEqual(const double& lh, const double& rh)
    {
        return abs(lh - rh) < 10e-6;
    }
};

 
二、特化为引用，指针类型
这种特化我最初是在stl源码的的iterator_traits特化中发现的， 如下：

template <class _Iterator>
struct iterator_traits {
  typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category;
  typedef typename _Iterator::value_type        value_type;
  typedef typename _Iterator::difference_type   difference_type;
  typedef typename _Iterator::pointer           pointer;
  typedef typename _Iterator::reference         reference;
};

// specialize for _Tp*
template <class _Tp>
struct iterator_traits<_Tp*> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef _Tp                         value_type;
  typedef ptrdiff_t                   difference_type;
  typedef _Tp*                        pointer;
  typedef _Tp&                        reference;
};

// specialize for const _Tp*
template <class _Tp>
struct iterator_traits<const _Tp*> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef _Tp                         value_type;
  typedef ptrdiff_t                   difference_type;
  typedef const _Tp*                  pointer;
  typedef const _Tp&                  reference;
};

 当然，除了T*, 我们也可以将T特化为 const T*, T&, const T&等，以下还是以T*为例：

// specialize for T*
template<class T>
class Compare<T*>
{
public:
    static bool IsEqual(const T* lh, const T* rh)
    {
        return Compare<T>::IsEqual(*lh, *rh);
    }
};

这种特化其实是就不是一种绝对的特化， 它只是对类型做了某些限定，但仍然保留了其一定的模板性，这种特化给我们提供了极大的方便， 如这里， 我们就不需要对int*, float*, double*等等类型分别做特化了。

三、特化为另外一个类模板

这其实是第二种方式的扩展，其实也是对类型做了某种限定，而不是绝对化为某个具体类型，如下：

// specialize for vector<T>
template<class T>
class Compare<vector<T> >
{
public:
    static bool IsEqual(const vector<T>& lh, const vector<T>& rh)
    {
        if(lh.size() != rh.size()) return false;
        else
        {
            for(int i = 0; i < lh.size(); ++i)
            {
                if(lh[i] != rh[i]) return false;
            }
        }
        return true;
    }
};

这就把IsEqual的参数限定为一种vector类型， 但具体是vector<int>还是vector<float>， 我们可以不关心， 因为对于这两种类型，我们的处理方式是一样的，我们可以把这种方式称为“半特化”。

当然， 我们可以将其“半特化”为任何我们自定义的模板类类型：

// specialize for any template class type
template <class T1> 
struct SpecializedType
{
    T1 x1;
    T1 x2;
};
template <class T>
class Compare<SpecializedType<T> >
{
public:
    static bool IsEqual(const SpecializedType<T>& lh, const SpecializedType<T>& rh)
    {
        return Compare<T>::IsEqual(lh.x1 + lh.x2, rh.x1 + rh.x2);
    }
};

 这就是三种类型的模板特化， 我们可以这么使用这个Compare类：

   // int
    int i1 = 10;
    int i2 = 10;
    bool r1 = Compare<int>::IsEqual(i1, i2);

    // float
    float f1 = 10;
    float f2 = 10;
    bool r2 = Compare<float>::IsEqual(f1, f2);

    // double
    double d1 = 10;
    double d2 = 10;
    bool r3 = Compare<double>::IsEqual(d1, d2);

    // pointer
    int* p1 = &i1;
    int* p2 = &i2;
    bool r4 = Compare<int*>::IsEqual(p1, p2);

    // vector<T>
    vector<int> v1;
    v1.push_back(1);
    v1.push_back(2);

    vector<int> v2;
    v2.push_back(1);
    v2.push_back(2);
    bool r5 = Compare<vector<int> >::IsEqual(v1, v2);

    // custom template class 
    SpecializedType<float> s1 = {10.1f,10.2f};
    SpecializedType<float> s2 = {10.3f,10.0f};
    bool r6 = Compare<SpecializedType<float> >::IsEqual(s1, s2);

注：感谢longshanks对于本文中"类模板"与"模板类"概念的澄清，已更正 (2007-7-16)

posted on 2007-07-04 21:40 SmartPtr 阅读(3022) 评论(10)  编辑 收藏 引用

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# re: C++模板类的三种特化[未登录]

2007-07-05 11:23 | yong

第二和第三种实际上就是template的"偏特化"或叫"部分特化"。这个概念不是什么新鲜的东东~ 呵呵  回复  更多评论
  

# re: C++模板类的三种特化

2007-07-05 11:53 | SmartPtr

从广义上来讲， 我觉得可以把这种情形归入模板偏特化。
但是根据我们一般的理解，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， 如下:
template<class T1, class T2>
class A
{
}

template<class T1>
class A<T1, int>
{
}

说实话， 我第一次发现第二和第三种用法时， 还是觉得挺新鲜的，这到底是属于全特化还是偏特化， 我也说不清楚， 但这也不重要，只要我们知道有这种用法，能应用它就行了  回复  更多评论
  

# re: C++模板类的三种特化

2007-07-05 15:57 | walkspeed

模板有两种特化，全特化和偏特化（局部特化）
模板函数只能全特化，没有偏特化（以后可能有）。
模板类是可以全特化和偏特化的。

全特化，就是模板中模板参数全被指定为确定的类型。
全特化也就是定义了一个全新的类型，全特化的类中的函数可以与模板类不一样。

偏特化，就是模板中的模板参数没有被全部确定，需要编译器在编译时进行确定。

在类型上加上const、&、*（ cosnt int、int&、int*、等等）并没有产生新的类型。只是类型被修饰了。模板在编译时，可以得到这些修饰信息。

以上的2、3就是偏特化。  回复  更多评论
  

# re: C++模板类的三种特化

2007-07-05 16:03 | walkspeed

模 板的特化是非常有用的。它像一个在编译期的条件判断。当编译器在编译时找到了符合的特化实现，就会使用这个特化实现。这就叫编译器多态（或者叫静态多 态）。这种东西对编写基础库是很有用的。这也就是为何c++的基础库大量使用了模板技术，而且大量使用了特化，特别是偏特化。

在泛型中，利用特化类得到类新的特性，以便找到最适合这种特性的实现。而这一切都是在编译时完成。  回复  更多评论
  

# re: C++模板类的三种特化

2007-07-05 17:30 | SmartPtr

谢谢walkspeed的回复， 我想对于全特化和偏特化这么理解应该是正确的， 就是全特化后确定了一个真正的类型， 而偏特化后其实还是一个原类型， 这样的话， 以上2， 3的确属于偏特化。
模板的运用的确很广，无论模板元编程中的将计算提前到编译器，还是编译器多态（或者叫静态多态）， 都是非常漂亮聪明的应用， 在<<Modern C++ Design>>有着极好的体现。  回复  更多评论
  

# re: C++模板类的三种特化[未登录]

2007-07-16 16:11 | longshanks

如果这样分的话，还应该有第四种特化：
template<typename T1, typename T2>
class X {...};

template<typename T>
class X<T, int> {...};
以及2、3、4的混合
template<typename T>
class X<T, T*> {...}
template<typename T>
class X<vector<T>, T&> {...};
...
更极端的，这样的特化是否该归为第5类呢：
template<typename T>
class Y;
template<typename R, typename P1, typename P2>
class Y<R (P1, P2)> {...};//针对带两个参数，有返回值的函数类型特化

实际上，3仅仅是局部特化结合template-template parameter的一个应用。算不上一“种”特化。
总的来说，还是C++标准中的分类更加清晰。

另外，根据C++标准术语，应该是“类模板”（class template），而不是“模板类”。一般认为，“模板类”是模板实例化（特化）后的类：
vector<int>  回复  更多评论
  

# re: C++模板类的三种特化

2007-07-16 21:26 | SmartPtr

to longshanks

本文的目的其实并不是试图对C++的模板特化做一下全面的分类， 而是针对自己所遇到的，觉得比较有意思的，对于一个模板参数所能够做到的特化，并不想对C++中的全特化，偏特化有所混淆。当然，之间也得到了大家不少有价值的看法。尤其对于您所举的这个例子：
template<typename T>
class Y;
template<typename R, typename P1, typename P2>
class Y<R (P1, P2)> {...};//针对带两个参数，有返回值的函数类型特化

是我之前所没有想到的，我只考虑了数据类型并没有考虑到函数类型，但是我想参考针对数据类型所做的分类，可以得到函数类型对应平行的分类。比如对于这个例子，应该可以理解为第三种：特化为另外一个类（函数）模板。

PS：
谢谢关于模板类，类模板概念的澄清，原文已修改  回复  更多评论
  

# re: C++类模板的三种特化

2007-07-19 14:11 | shen126

template<class T>
class Compare<T*>
{
public:
static bool IsEqual(const T* lh, const T* rh)
{
return Compare<T>::IsEqual(*lh, *rh);
}
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{

system("pause");
return 0;
}
-----
为什么这段代码在VS2005里编译出错了呢，难道不支持，还是需要打开什么特殊开关符吗？
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# re: C++类模板的三种特化

2007-07-19 14:12 | shen126

Error 1 error C2143: syntax error : missing ';' before '<' e:\vs_projects\stltest1\stltest1\stltest1.cpp 7
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# re: C++类模板的三种特化

2007-07-20 01:03 | SmartPtr
template<class T>
class Compare<T*>
{
public:
static bool IsEqual(const T* lh, const T* rh)
{
return Compare<T>::IsEqual(*lh, *rh);
}
};
是模板特化， 你当然需要在之前定义其泛化版本  回复  更多评论