类模板 --- 下 --- 特化、模板参数、智能指针

2019-11-06 09:11:15

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供稿：网友

类模板的局部特化

类模板可以定义多个类型参数。 如下图所示：这里写图片描述

类模板可以被局部特化

可以指定类模板的特定实现，并要求某些类型参数仍然必须得模板的用户指定。

编译器会优先选择经过特化的类模板。

这里写图片描述

为什么需要特化，而不重新定义新类？ 特化和重新定义新类看上去没有本质区别，但是如果定义新类，那么将变成一个类模板和一个新类，使用的时候需要考虑究竟是用类模板还是用新类。而特化可以统一的方式使用类模板和特化类，编译器自动优先选择特化类。

非类型模板参数

函数模板和类模板的模板参数可以是普通数值。

这里写图片描述

非类型模板参数与特化，代码实例：

//采用类模板和特化类实现从1加到100#include <cstdlib>#include <iostream>using namespace std;//本代码求1-n相加的和，不分配空间，不调用函数，效率高 template<int N>//类模板class Sum{public: static const int VALUE = Sum<N - 1>::VALUE + N; // static表明是静态成员变量 // const表明这是常量会被放到符号表中，不会分配空间 // 在编译的过程中就已完成了递归 // 编译器完成了计算，在程序执行的时候不再花费时间 };template<> //特化类，没有特化类，递归就无法结束class Sum<1>{public: static const int VALUE = 1;};int main(int argc, char *argv[]){ cout<<Sum<10>::VALUE<<endl; cout<<Sum<100>::VALUE<<endl; cout<<sizeof(Sum<100>)<<endl;//大小为 1 字节 cout << "PRess the enter key to continue ..."; cin.get(); return EXIT_SUCCESS;}

非类型模板参数的限制：

变量不能作为模板参数。 浮点数和类对象不能作为模板参数。 全局指针不能作为模板参数。

只有整形作为模板参数比较安全。

编译器的推导过程是在编译阶段完成的。因此，编译器的推导必须依赖于特化类，否则推导过程无法结束。当没有定义特化类时，编译就会报错。

工程问题

在实际工程中内存操作是bug的重要来源C++将堆内存交由程序员自由使用，因此有如下的几种bug： 1、未及时释放，将产生内存泄漏 2、重复释放同一段内存，行为未知 3、使用越界，操作了不属于自己的内存

内存越界的问题常发生于数组的使用中。解决方案：数组类 工程中，在非特殊情况下，要求开发者使用预先编写的数组类对象代替C语言中的原生数组。

内存泄漏和内存多次释放常发生于指针的使用过程中。解决方案：智能指针 工程中，要求开发者使用预先编写的智能指针类对象代替C语言中的原生指针。

智能指针 smart point

工程中的智能指针是一个类模板：

通过构造函数接管申请的堆内存。通过析构函数确保堆内存被及时释放。通过重载指针运算符 * 和 -> 模拟指针的行为。通过重载比较运算符 == 和 != 模拟指针的比较。

智能指针的创建与使用，代码举例：

//智能指针类定义头文件 SmartPoint.h#ifndef _SMARTPOINTER_H_#define _SMARTPOINTER_H_template<typename T> //类模板 class SmartPointer{protected: T* m_pointer;public: SmartPointer(); SmartPointer(const T* pointer); ~SmartPointer(); T* Operator->(); T& operator*(); bool operator==(const SmartPointer<T>& operater); bool operator!=(const SmartPointer<T>& operater);};#endif//智能指针类成员函数定义头文件 SmartPoint.hpp#ifndef _SMARTPOINTER_DEF_H_#define _SMARTPOINTER_DEF_H_#include "SmartPointer.h"template<typename T>SmartPointer<T>::SmartPointer()//构造函数 { m_pointer = NULL;}template<typename T>SmartPointer<T>::SmartPointer(const T* pointer)//构造函数 { m_pointer = const_cast<T*>(pointer);}template<typename T>SmartPointer<T>::~SmartPointer()//析构函数 { delete m_pointer;}template<typename T>T* SmartPointer<T>::operator->()//操作符重载 { return m_pointer;}template<typename T>T& SmartPointer<T>::operator*()//操作符重载 { return *m_pointer; } template<typename T>bool SmartPointer<T>::operator==(const SmartPointer<T>& operater){ return m_pointer == operater.m_pointer;}template<typename T>bool SmartPointer<T>::operator!=(const SmartPointer<T>& operater){ return m_pointer != operater.m_pointer;}#endif//智能指针 main文件 main.cpp#include <cstdlib>#include <iostream>#include "SmartPointer.hpp"using namespace std;class Test{public: int i; void print() { cout<<i<<endl; }};int main(int argc, char *argv[]){ SmartPointer<int> pi (new int(5));//构造函数 SmartPointer<Test> pt (new Test()); SmartPointer<int> pj = pi; cout<<*pi<<endl; *pi = 10;//使用重载操作符 cout<<*pi<<endl; pt->i = 20;//使用重载操作符 pt->print(); if (pi != pj)//使用重载操作符 { cout<<"!="<<endl; } else { cout<<"=="<<endl; } cout << "Press the enter key to continue ..."; cin.get(); return EXIT_SUCCESS;}