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模板顯式、隱式例項化和(偏)特化、具體化的詳細分析

       最近看了<The C++ Programing Language>看到了模板的特化,突然想起來<C++ Primer>上說的顯式具體化、隱式具體化、特化、偏特化、具體化等概念弄得頭暈腦脹,我在網上了找了好多帖子,才把概念給理清楚。

      一下是我把再網上找的資料整理一下。

      看著這麼多叫法,其實就是三種。

     1. 顯示例項化

     2. 隱式例項化

     3. 特化(=具體化)、偏特化

一、例項化

1.顯示、隱式例項化

      什麼是例項化:一個通過使用具體值替換模板引數,從模板產生的普通類,函式或者成員函式的過程。

     顯示例項化:通過名字可見,就是清楚的表明你要例項化的型別

     隱式例項化:通過編譯器自己推測判斷要例項化的型別。

    比如一個模板:

template<class T> //函式模板實現
void swap(T &a, T &b)
{
    T temp;
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

 a. 顯示例項化

     template  void swap<int>();  // 無須給該函式重新編寫函式體,這只是個宣告

     為什麼要顯示例項化? 

     主要是提高效率,當顯式例項化模板時,在使用模板之前,編譯器根據顯式例項化指定的型別生成模板例項,這樣就相當於本程式裡面有個一

void swap(int &a, int &b)
{
   int temp;
   temp = a;
   a = b;
   b = temp;
}
這樣的話,每次需要呼叫 swap<int>(a,b)的時候每次都重新生成該型別的程式碼,可以節省空間,也能提高效率。這就是為什麼要是顯式的例項化的原因。

b. 隱式例項化

    隱式例項化指的是:在使用模板之前,編譯器不生成模板的宣告和定義例項。只有當使用模板時,編譯器才根據模板定義生成相應型別的例項。

   int i=0, j=1;
   swap(i, j); //編譯器根據引數i,j的型別隱式地生成swap<int>(int &a, int &b)的函式定義。

   隱式例項化就是程式設計師為了省事,把型別省略讓編譯器判斷,這是一個偷懶的表現吧。

二、特化

1.  特化(=具體化)

     然而通常又有一些特殊的情況,不能直接使用泛型模板展開實現,這時就需要針對某個特殊的型別或者是某一類特殊的型別,而實現一個特例模板————即模板特化

    當T如果為 一個 struct型別的,它的交換就無法進行,所以我們針對這種特殊的情形,我們專門寫了一個函式,只有當T為 這種struct型別時候,才會呼叫這個特化的函式

//對函式
#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);  //顯式例項化,只需宣告

template<> void swap<job>(job &a, job &b)   //顯式具體化(上面已經講過,注意與例項化區分開,必須有定義)
{
  int salary:
  salary = a.salary:
  a.salary = b.salary;
  b.salary = salary;
};//explicite specialization.

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

template class Array<int>;   //explicit instantiation. 顯式例項化

template<> class Array<job>
{
private:
  job* ar;
  int l;
};//expicit specialization.   顯式具體化,類定義體可以不同於類模板Array

2. 偏特化

    模板的偏特化是指需要根據模板的部分引數進行特化。

a. 類模板的偏特化

例如c++標準庫中的類vector的定義

template <class T, class Allocator>
class vector { // … // };
template <class Allocator>
class vector<bool, Allocator> { //…//};
//這個偏特化的例子中,一個引數被繫結到bool型別,而另一個引數仍需要由使用者使用時指定。
b. 函式模板的偏特化

網上看到有人說:從嚴格意義上講,函式模板並不支援偏特化(我對這個不是很理解),但由於可以對函式進行過載,所以可以達到類似於類模板偏特化的效果。
比如:
a) template <class T> void f(T);
    根據過載規則,對a)進行過載
b) template < class T> void f(T*);
    如果將a)稱為基模板,那麼b)稱為對基模板a)的過載,而非對a)的偏特化。
這裡我就不深入的剖析偏特化了。

三、模板的匹配順序

1. 類模板的匹配規則

例如:
template <class T> class vector{//…//}; // (a) 普通型
template class vector<typename> ; // (b) 的顯式例項化
template <class T> class vector<T*>{//…//}; // (c) 對指標型別特化
template <> class vector <void*>{//…//}; // (d) 對void*進行特化
每個型別都可以用作普通型(a)的引數,但只有指標型別才能用作(b)的引數,而只有void*才能作為(c)的引數

所以,當一個呼叫一個模板類,首先,找顯式例項化的,如果不匹配;接著,找特化的,然後,找偏特化的,最後,根據模板隱式例項化

2.函式模板的匹配規則

例如:

void swap(int &a, int &b){} // 普通的函式
template<> swap<int>(int &a, int &b){} // 特化的模板函式
template void swap<int>(int &a, int &b); // 顯式例項化,這個只用宣告就行
template<class T> void swap(T &a, T &b){} // 模板

以上書寫的順序就是模板的呼叫順序。