模板的特化(Specialisation
)分为:
-
全特化(
Full Specialisation
或Explicit Specialisation
) -
部分特化(
Partial Specialisation
)
其中,部分特化一般被翻译为偏特化,但我认为部分特化是个和全特化对照的名字,更容易理解。
全特化与部分特华之间的区别非常简单:如果特化后的版本,
- 不再有模板参数,就是全特化;
- 仍然有模板参数,就是部分特化。
比如:
template <typename T>
struct Foo; // 基础模板
template <>
struct Foo<double>; // 全特化
template <typename T>
struct Foo<T*>; // 部分特化
template <typename T1, typename T2>
struct Foo<void (T1, T2)>; // 部分特化
template <typename T, typename R>
struct Bar; // 基础模板
template <>
struct Bar<double, int>; // 全特化
template <typename T>
struct Bar<T, int>; // 部分特化
函数模板的特化
部分特化是类模板的专利。函数模板对此特性并不支持,它只支持全特化。
这是因为C++
支持函数重载,连模板函数也可以重载,通过它就基本可以达到部分特化的效果。比如:
template <typename T1, typename T2>
void f(T1, T2); // 基础模板f
template <typename T>
void f(T1, int); // 重载:另一个基础模板f,而不是部分特化
template <typename T>
void g(T1); // 基础模板 g
template <typename T>
void g(T1*) // 重载:另一个基础模板g,而不是部分特化
避免特化函数模板
事实上,对于函数模板来说,即便是全特化,也最好不要使用。取而代之,你应该使用函数重载。
template <typename T>
T min(T, T); // 基础模板 min
int min(int, int); // 使用函数重载(这是一个普通函数)
template <>
int min<int>(int, int); // 函数模板特化: DON'T DO THIS!
正如你看到的,模板特化的语法形式更加复杂,但这不是不使用函数模板特化的主要原因。
主要原因在于,和函数重载比较起来,特化后的模板函数属于二等公民。
简单的说,当编译器对一个函数调用选择其合适的实现时,优先级从高到低依次为:
- 普通函数
- 基础模板
- 特化模板
一等公民
普通函数和基础模板都属于函数重载,C++
将它们都看作一等公民。
当对一个函数调用选择实现时,C++
会从它们中间选择一个最匹配的版本。比如:
template <typename T>
void f(T, double); // (a)
void f(int, int); // (b)
f(5, 2.0); // 选择 (a)
f(5, 10); // 选择 (b)
当普通函数和基础模板的选择出现二义性时,普通函数会被优先选择。因为C++
总是选择最特殊的版本(most specialized
):
template <typename T>
T min(T, T); // (a)
int min(int, int); // (b)
min(5, 10); // 语义上两者都匹配,选择(b)
另外,普通函数相对于模板函数要更有弹性:普通函数支持类型的自动转化;但模板函数则更刻板,不能发现类型之间的自动转换关系。
template <typename T>
T min(T, T);
min(5, (short)10); // 编译出错
int min(int, int);
min(5, (short)10); // 编译成功
在这种情况下,当一个调用需要在两者之间作出选择时,普通函数会是获胜者。
template <typename T>
T min(T, T); // (a)
int min(int, int); // (b)
min(5, (short)10); // 选择 (b)
总结起来,作为一等公民,所有的重载函数——无论是普通函数还是基础模板函数——都被作为第一等级的候选对象;C++
编译器会在它们之间找到那个最为匹配的版本。
如果出现二义性,则优先选择普通函数。
二等公民
如果最匹配的版本是基础模板函数,编译器才会去查看它名下的特化版本。如果它们之中存在一个比基础模板函数更匹配的版本,才会选择这个特化版本。这正是为何将模板特化函数称为二等公民的原因。
而下面这个例子则反映了模板特化函数的二等公民地位:
template <typename T>
void f(T); // (a): 基础模板
template<>
void f(int*); // (b): (a)的特化版本
template <typename T>
void f(T*); // (c): 基础模板,重载
int a = 10;
f(&a); // 选择 (c): 尽管 (b) 更匹配,但它是二等公民
一旦将其改为普通重载函数,就可以选择最匹配的函数:
template <typename T>
void f(T); // (a): 基础模板
void f(int*); // (b): 普通函数,重载
template <typename T>
void f(T*); // (c): 基础模板,重载
int a = 10;
f(&a); // 选择 (b)
小结
本文主要介绍了函数模版特化的性质。在下篇文章里,会介绍模版特化的另一个类别:类模版特化。