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  • c++ 模板的具体化与实例化

    函数模板是C++新增的一种性质,它允许只定义一次函数的实现,即可使用不同类型的参数来调用该函数。这样做可以减小代码的书写的复杂度,同时也便于修改(注:使用模板函数并不会减少最终可执行程序的大小,因为在调用模板函数时,编译器都根据调用时的参数类型进行了相应实例化)。下面来看看函数模板的使用过程:

    struct job
    {
        char name[20];
        int salary;
    };

    template <class T> //函数模板声明,通用变量类型为T
    void swap(T &a, T &b);

    void showJob(const job &a);//打印job内容

    using std::cin;
    using std::cout;
    using std::endl;
    void main(void)
    {

        int a = 4;
        int b = 5;
        cout<<"Before swap a = "<<a<<" b="<<b<<endl;
        swap(a, b);
        cout<<"After swap a = "<<a<<" b="<<b<<endl;
       
        job jobA = {"coder", 10000};
        job jobB = {"manager", 1000};  
        cout<<"Before swap";
        showJob(jobA);
        showJob(jobB);
        cout<<endl;
        swap(jobA, jobB);
        cout<<"After swap";
        showJob(jobA);
        showJob(jobB);
        cout<<endl;
    system("pause");
    };

    template<class T> //函数模板实现
    void swap(T &a, T &b)
    {
        T temp;
        temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }

    void showJob(const job &a)
    {
    cout<<" "<<a.name<<" = "<<a.salary;
    }

     

     

    如果在上述job结构互换过程中只想互换salary,而不换其他成员变量值那么怎么办呢?C++中可以通过以下几种方法来解决这一问题。

    1>显式具体化
    显式具体化也是基于函数模板的,只不过在函数模板的基础上,添加一个专门针对特定类型的、实现方式不同的具体化函数。
    template<>void swap<job>(job &a, job &b)
    {
         int salary;
         salary = a.salary;
         a.salary = b.salary;
         b.salary = salary;
    }

    如上所示,该具体化函数的实现与模板并不一致,编译器解析函数调用时会选择最匹配的函数定义。

    2>定义同名常规函数
    void swap(job &a, job &b)
    {
         int salary;
         salary = a.salary;
         a.salary = b.salary;
         b.salary = salary;
    }
    由于编译器在重载解析时,会选择最匹配函数定义,所以在调用swap(jobA, jobB)时,编译器会选择void swap(job &a, job &b)函数定义,而屏蔽了模板函数。

    同时,模板函数也可以重载,其操作与常规函数一致。
    template <class T> void swap(T &a, T &b);

    template <class T> void swap(T &a, T &b, T &c);

    template <typename T> void swap(T &a, T &b)
    {
        T temp;
        temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }

    template <typename T> void swap(T &a, T &b, T &c)
    {
        T temp;
        temp = a;
        a = b;
        b = c;
        c = temp;
    }

    上面主要说的是函数模板的具体化,下面说下模板实例化。

    函数模板:
    #define MAXNAME 128
    struct job
    {
    char name[MAXNAME]:
    int salary;
    };

    template<class T>
    void swap(T &a, T &b )
    {
      T temp;
      temp = a;
      a = b;
      b = temp;
    };

    template void swap<int>(int &a, int & b);  //显式实例化,只需声明

    template<> void swap<job>(job &a, job &b)   //显式具体化(上面已经讲过,注意与实例化区分开,必须有定义)
    {
      int salary:
      salary = a.salary:
      a.salary = b.salary;
      b.salary = salary;
    };//explicite specialization.

    类模板:
    template <class T>
    class Arrary
    {
    private:
      T* ar;
      int l;
    ...
    };//template class declaration.

    template class Array<int>;   //explicit instantiation. 显式实例化

    template<> class Array<job>
    {
    private:
      job* ar;
      int l;
    };//expicit specialization.   显式具体化,类定义体可以不同于类模板Array

    相应的,隐式实例化指的是:在使用模板之前,编译器不生成模板的声明和定义实例。只有当使用模板时,编译器才根据模板定义生成相应类型的实例。如:
    int i=0, j=1;
    swap(i, j);  //编译器根据参数i,j的类型隐式地生成swap<int>(int &a, int &b)的函数定义。
    Array<int> arVal;//编译器根据类型参数隐式地生成Array<int>类声明和类函数定义。

    显式实例化:
    当显式实例化模板时,在使用模板之前,编译器根据显式实例化指定的类型生成模板实例。如前面显示实例化(explicit instantiation)模板函数和模板类。其格式为:
    template typename function<typename>(argulist);
    template class classname<typename>;
    显式实例化只需声明,不需要重新定义。编译器根据模板实现实例声明和实例定义。

    显示具体化:
    对于某些特殊类型,可能不适合模板实现,需要重新定义实现,此时可以使用显示具体化(explicite specialization)。显示实例化需重新定义。格式为:
    template<> typename function<typename>(argu_list){...};
    template<> class classname<typename>{...};

     
    综上:
    template<> void swap<job>(job &a, job &b) {……};是函数模板的显式具体化,意思是job类型不适用于函数模板swap的定义,因此通过这个显式具体化重新定义;也可简写作template<> void swap(job &a, job &b);
    template void swap<job>(job &a, job &b);是函数模板的一个显式实例化,只需声明,编译器遇到这种显式实例化,会根据原模板的定义及该声明直接生成一个实例函数,该函数仅接受job型。否则编译器遇到模板的使用时才会隐式的生成相应的实例函数。
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