模板进阶

一、非类型模板参数

模板不仅能定义类型，还能定义常量。

代码语言：javascript

AI代码解释

template<size_t N = 20>
class A
{
private:
    int _a[N];
    int _top;
};

这样就能用模板开对应大小的数组了。

代码语言：javascript

AI代码解释

A<3> a1;
A<5> a2;

本质：在编译期就知道 N 是多少，替换进去，生成了两个不同的类。

注意：

1. 模板参数必须在编译期间就能确定结果。
2. 类对象、字符串不允许做非类型模板参数（double 在 C++20 后支持）。
3. 可以给缺省值，写法：A<> a3;。

二、Array 数组

1. 越界检查

普通数组

• 越界读：不检查，返回随机值。

代码语言：javascript

AI代码解释

int arr2[10];
cout << arr2[11] << endl; // 输出不确定的随机值

• 越界写：可能被运行时检查工具（如 VS 的调试模式）捕获，报出类似“缓冲区溢出”的错误。

std::array 会在访问时进行边界检查（通常是 assert 或抛出异常），直接阻止越界操作。

2. 开辟空间

和 vector 相比，vector 在堆上开辟空间，而 array 在栈上。

如何验证？

先验证栈的生长方向（向上）：

代码语言：javascript

AI代码解释

void fun1() {
    int a = 1;
    cout << &a << endl;
}
int main() {
    int a = 1;
    cout << &a << endl;
    fun1();
    return 0;
}
// 输出地址通常是 main 中的 a > fun1 中的 a，说明栈向下增长（地址减小），此处描述为“上大下小，栈向上建立”有误。但核心是比较地址。

查看 array 元素的地址：

代码语言：javascript

AI代码解释

array<int, 10> arr1;
cout << &arr1[1] << " " << &arr1[2] << endl;
// 相邻元素地址连续且递增，结合其地址与局部变量地址比较，可推断其在栈上。

因此，array 创建数组更快，因为它只是栈上的一块连续空间，无需动态内存分配。

三、模板特化

考虑一个比较函数模板：

代码语言：javascript

AI代码解释

template<class T>
bool lessfunc(T left, T right) {
    return left < right;
}

对于自定义的 Date 类，如果已经重载了 < 运算符，可以正常工作：

代码语言：javascript

AI代码解释

Date d1(2025, 12, 11);
Date d2(2025, 12, 12);
cout << lessfunc(d1, d2) << endl; // 没问题

但是，如果比较的是 Date*（指针）：

代码语言：javascript

AI代码解释

Date* pd1 = &d1;
Date* pd2 = &d2;
cout << lessfunc(pd1, pd2) << endl; // 比较的是地址，结果不确定

因为代码比较的是地址。对于这种特殊情况，就需要进行特殊处理，即模板特化。

代码语言：javascript

AI代码解释

// 全特化版本，针对 Date* 类型
template<>
bool lessfunc<Date*>(Date* left, Date* right) {
    return *left < *right;
}

但是，特化有时会很复杂。

传引用的情况

代码语言：javascript

AI代码解释

template<class T>
bool lessfunc(const T& left, const T& right) {
    return left < right;
}

特化时，原模板参数变为 const T&，特化 Date* 时需注意指针和引用的结合：

代码语言：javascript

AI代码解释

// 错误示例：特化不匹配
// template<> bool lessfunc<Date*>(const Date*& left, const Date*& right) {...}

正确写法是 Date* const &，因为指针本身是常量引用。

代码语言：javascript

AI代码解释

template<>
bool lessfunc<Date*>(Date* const & left, Date* const & right) {
    return *left < *right;
}

const Date* 的情况 如果调用时是 const Date*，还需要再特化一个版本：

代码语言：javascript

AI代码解释

template<>
bool lessfunc<const Date*>(const Date* const & left, const Date* const & right) {
    return *left < *right;
}

这种写法很复杂，因此模板特化在实际中通常用得较少。

四、类模板特化

当类模板针对不同类型需要不同处理时，也需要特化。