c++ 疑难杂症(3) 模板特化

1. 概念

C++模块特化（Template Specialization）是一种在通用模板无法满足某些特定条件时的解决方案，允许我们为模板指定特定的实现。模块特化可以针对模板参数的特定类型或特定值进行特殊化处理。特化可以分为完全特化和部分特化。

完全特化（Full Specialization）： 完全特化是指针对模板的所有参数进行具体的指定。换句话说，当为模板的所有类型参数提供了具体的类型时，就称之为完全特化。例如，对于一个接受两个类型参数的模板，如果为这两个参数都提供了具体的类型，那么这就是一个完全特化的例子。

template<typename T1, typename T2>
class MyClass { /* ... */ };

// 完全特化
template<>
class MyClass<int, char> { /* ... */ };

在上面的例子中，MyClass 是一个接受两个类型参数的模板。而 MyClass<int, char> 则是该模板的一个完全特化版本，因为它指定了所有类型参数的具体类型。

部分特化（Partial Specialization）： 部分特化是指只针对模板的部分参数进行具体的指定，而让其他参数保持通用。部分特化在模板有多个类型参数，但只想对其中一部分进行特化时非常有用。

template<typename T1, typename T2>
class MyClass { /* ... */ };

// 部分特化
template<typename T>
class MyClass<T, int> { /* ... */ };

在这个例子中，MyClass<T, int> 是模板 MyClass 的一个部分特化版本。它只对第二个参数进行了特化（指定为 int），而第一个参数仍然保持通用（用 T 表示）。

部分特化和完全特化都是模板特化的重要形式，它们使得模板在保持通用性的同时，也能够针对特定类型或情况提供定制化的实现。编译器在实例化模板时，会优先选择特化版本（如果存在的话），否则会使用通用模板。

2. 示例

a、通用、完全、特化：

#include <iostream>

template <typename T1, typename T2>
T1 add(T1 a, T2 b) {
    std::cout << "通用模板" << std::endl;
    return a + b;
}

template <>
float add<float, float>(float a, float b) {
    std::cout << "完全特化" << std::endl;
    return a + b;
}

template <typename T>
long add(T a, long b) {
    std::cout << "部分特化" << std::endl;
    return a + b;
}

void main() {
    //完全特化(需要所有参数匹配)
    add(0.1f, 1.0f);

    //部分特化(只要特化参数匹配)
    add(1, 1L);
    add('a', 2L);
    add(1.1F, 3L);
    
    //通用模板
    add('a', 'b');
    add(1, 2);
    add(5u, 6u);
}

b、std源码扩展

//通用模板
template <class _Ty, _Ty _Val>
struct integral_constant {
    static constexpr _Ty value = _Val;

    using value_type = _Ty;
    using type       = integral_constant;

    constexpr operator value_type() const noexcept {
        return value;
    }

    _NODISCARD constexpr value_type operator()() const noexcept {
        return value;
    }
};

//部分特化
template <bool _Val>
using bool_constant = integral_constant<bool, _Val>;

//完全特化
using true_type  = bool_constant<true>;
using false_type = bool_constant<false>;

小言解析: 您提供的代码片段展示了 C++ 中模板元编程的一部分，具体是一个名为 integral_constant 的模板结构体的定义，以及针对 bool 类型的部分特化和两个完全特化的别名模板。

这里是代码的详细解释：

通用模板 integral_constant：

• 它是一个模板结构体，接受两个模板参数：类型 _Ty 和该类型的值 _Val。
• 它有一个静态的 constexpr 成员 value，其值被初始化为 _Val。
• 它定义了两个类型别名：value_type（与 _Ty 相同）和 type（与 integral_constant 相同，但注意这里没有提供模板参数，所以实际上这样的定义是有问题的，通常我们会这样定义 using type = integral_constant<_Ty, _Val>;）。
• 它定义了一个用户定义的转换函数到 value_type 类型，允许 integral_constant 对象在需要时被隐式转换为它的值。
• 它还定义了一个调用操作符 operator()，允许对象像函数一样被调用并返回其值。

部分特化 bool_constant：

• 这是一个针对 bool 类型的 integral_constant 的部分特化。它接受一个 bool 类型的模板参数 _Val，并将 _Ty 固定为 bool 类型。
• 使用 using 关键字，它为 integral_constant<bool, _Val> 定义了一个别名 bool_constant<_Val>。

完全特化 true_type 和 false_type：

• 这两个是完全特化的别名模板，它们分别是 bool_constant<true> 和 bool_constant<false> 的别名。
• 这意味着 true_type 是一个具有静态成员 value 等于 true 的 integral_constant 的特化，而 false_type 的 value 等于 false。

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