C++模板的特化

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

模板特化不同於模板的實例化，模板參數在某種特定類型下的具體實現稱為模板的特化，以實現特定類型下非通用行為。模板特化有時也稱之為模板的具體化，分別有函數模板特化和類模板特化。

針對一個模板參數的類模板特化的幾種類型， 一是特化為絕對類型（全特化）； 二是特化為引用，指針類型(半特化、偏特化)；三是特化為另外一個類模板(復雜點的偏特化)。
用一個簡單的例子來說明這三種：

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

 

這是一個用於比較的類模板，里面可以有多種用於比較的函數， 以IsEqual為例。
一、特化為絕對類型
也就是說直接為某個特定類型做特化，這是我們最常見的一種特化方式， 如特化為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、特化為引用，指針類型
這種特化我最初是在stl源碼的的iterator_traits特化中發現的， 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;
};

 

當然，除了T*, 我們也可以將T特化為 const T*, T&, const T&等，以下還是以T*為例：

// 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);
    }
};

 

這種特化其實是就不是一種絕對的特化， 它只是對類型做了某些限定，但仍然保留了其一定的模板性，這種特化給我們提供了極大的方便， 如這里， 我們就不需要對int*, float*, double*等等類型分別做特化了。

三、特化為另外一個類模板

這其實是第二種方式的擴展，其實也是對類型做了某種限定，而不是絕對化為某個具體類型，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;
    }
};

 

這就把IsEqual的參數限定為一種vector類型， 但具體是vector<int>還是vector<float>， 我們可以不關心， 因為對於這兩種類型，我們的處理方式是一樣的，我們可以把這種方式稱為“半特化”。

當然， 我們可以將其“半特化”為任何我們自定義的模板類類型：

// 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);
    }
};

 

這就是三種類型的模板特化， 我們可以這么使用這個Compare類：

  // 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);

 

C++模板編程中只特化模板類的一個成員函數（花樣特化一個成員函數）的方法

 

C++函數模板的特化

函數模板的特化，函數模板只有全特化，沒有半特化
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);
}

 

前面兩個mymax都能返回正確的結果.而第三個卻不能,因為,此時mymax直接比較兩個指針p1 和 p2 而不是其指向的內容.
針對這種情況,當mymax函數的參數類型為const char* 時,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;
}

 

現在mymax(p1,p2)能夠返回正確的結果了

 

函數模板的偏特化

嚴格的來說，函數模板並不支持偏特化，但由於可以對函數進行重載，所以可以達到類似於類模板偏特化的效果。
template <class T> void f(T); (a)
根據重載規則，對（a）進行重載
template < class T> void f(T*); (b)
如果將（a）稱為基模板，那么（b）稱為對基模板（a）的重載，而非對（a）的偏特化。

C++的標准委員會仍在對下一個版本中是否允許函數模板的偏特化進行討論。