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。