我們知道在C++模板編程中如果我們特化或是偏特化某個模板類， 我們需要重寫整個模板類中的所有函數， 但是這些代碼通常是非常相似的， 甚至在某些情況下可能只有一兩個函數會不一樣，其他函數都是一樣的。在這種情況下，同時存在多份相同的代碼，對我們維護這些代碼是非常不利的， 我們最好只需要特化其中不一樣的那個函數。
比如下面這個模板類：
template<typename T, unsigned B>
struct Base
{
//other function
//....
void Func(){ cout << "primary function" << endl; }
};
void test1()
{
Base<int, 1> a;
a.Func();
Base<int, 16> b;
b.Func();
}
int main()
{
test1();
}
struct Base
{
//other function
//....
void Func(){ cout << "primary function" << endl; }
};
void test1()
{
Base<int, 1> a;
a.Func();
Base<int, 16> b;
b.Func();
}
int main()
{
test1();
}
只有當B等于16時， Func這個函數需要特化， 但是其他函數無論什么情況下都是一樣的。
下面是我們的一些可能解決方案:
方法1:
template<typename T>
struct Base<T, 16>
{
//other function
//....
void Func(){ cout << "specialization function" << endl; }
};
struct Base<T, 16>
{
//other function
//....
void Func(){ cout << "specialization function" << endl; }
};
點評：通過偏特化實現，需要重寫所有的類成員方法。
方法2：
template<typename T, unsigned B>
struct Base
{
//other function
//....
void Func()
{
if(B == 16)
{
cout << "primary function" << endl;
}
else
{
cout << "specialization function" << endl;
}
}
};
struct Base
{
//other function
//....
void Func()
{
if(B == 16)
{
cout << "primary function" << endl;
}
else
{
cout << "specialization function" << endl;
}
}
};
點評: 通過運行時判斷， 容易理解，但是相對低效。
方法3：
template<typename T, unsigned B>
struct Base
{
//other function
//....
void Func()
{
#if B!=16
cout << "primary function" << endl;
#else
cout << "specialization function" << endl;
#endif
}
};
struct Base
{
//other function
//....
void Func()
{
#if B!=16
cout << "primary function" << endl;
#else
cout << "specialization function" << endl;
#endif
}
};
點評： 試圖通過預編譯來實現，但是這個方法是錯誤的。C++模板編譯包括預編譯，語法檢查，模板實例化等階段，在預編譯階段模板參數都還沒有實例化呢。
方法4：
template<typename T, unsigned B>
struct Base
{
//other function
//....
template<unsigned S>
struct FuncObj
{
void operator()()
{
cout<<"primary function"<<endl;
}
};
template<>
struct FuncObj<16>
{
void operator()()
{
cout<<"specialization function"<<endl;
}
};
FuncObj<B> Func;
};
struct Base
{
//other function
//....
template<unsigned S>
struct FuncObj
{
void operator()()
{
cout<<"primary function"<<endl;
}
};
template<>
struct FuncObj<16>
{
void operator()()
{
cout<<"specialization function"<<endl;
}
};
FuncObj<B> Func;
};
點評: 通過成員類以防函數的形式特化， 增加了類成員變量。
方法5：
template<typename T, unsigned B>
struct Base
{
//other function
//....
template<unsigned N>
void FuncImpl()
{
cout<<"primary function"<<endl;
}
template<>
void FuncImpl<16>()
{
cout<<"specialization function"<<endl;
}
void Func()
{
FuncImpl<B>();
}
};
struct Base
{
//other function
//....
template<unsigned N>
void FuncImpl()
{
cout<<"primary function"<<endl;
}
template<>
void FuncImpl<16>()
{
cout<<"specialization function"<<endl;
}
void Func()
{
FuncImpl<B>();
}
};
點評：通過類成員模板函數特化來實現。
方法6：
template<typename T, unsigned B>
struct Base
{
//other function
//....
template<unsigned N>
class Int2Type
{
enum { value = N };
};
template<unsigned V>
void FuncImpl(const Int2Type<V>)
{
cout<<"primary function"<<endl;
}
void FuncImpl(const Int2Type<16>)
{
cout<<"specialization function"<<endl;
}
void Func()
{
FuncImpl(Int2Type<B>());
}
};
struct Base
{
//other function
//....
template<unsigned N>
class Int2Type
{
enum { value = N };
};
template<unsigned V>
void FuncImpl(const Int2Type<V>)
{
cout<<"primary function"<<endl;
}
void FuncImpl(const Int2Type<16>)
{
cout<<"specialization function"<<endl;
}
void Func()
{
FuncImpl(Int2Type<B>());
}
};
點評： 通過將int根據值的不同轉成不同的類型，然后通過函數重載實現。
方法7：
namespace
{
template <bool,typename T,typename> struct conditional { typedef T type; };
template <typename T,typename U> struct conditional<false,T,U> {typedef U type; };
}
template<class T, unsigned B>
struct Base
{
//other function
//....
void Func ()
{
typedef typename ::conditional<B!=16,primary_t,spec_t>::type type;
Func_impl(type());
}
private:
struct primary_t { };
struct spec_t { };
void Func_impl (primary_t) { std::cout << "primary function" << std::endl; }
void Func_impl (spec_t ) { std::cout << "specialization function" << std::endl; }
};
{
template <bool,typename T,typename> struct conditional { typedef T type; };
template <typename T,typename U> struct conditional<false,T,U> {typedef U type; };
}
template<class T, unsigned B>
struct Base
{
//other function
//....
void Func ()
{
typedef typename ::conditional<B!=16,primary_t,spec_t>::type type;
Func_impl(type());
}
private:
struct primary_t { };
struct spec_t { };
void Func_impl (primary_t) { std::cout << "primary function" << std::endl; }
void Func_impl (spec_t ) { std::cout << "specialization function" << std::endl; }
};
點評： 和方法6類似，通過函數重載實現
方法8：
namespace
{
template <bool,typename T = void> struct enable_if { typedef T type; };
template <typename T> struct enable_if<true,T> {};
}
template<class T, unsigned B>
struct Base
{
//other function
//....
template <unsigned N>
typename ::enable_if<16!=N>::type
FuncImpl () { std::cout << "primary function" << std::endl; }
template <unsigned N>
typename ::enable_if<16==N>::type
FuncImpl () { std::cout << "specialization function" << std::endl; }
void Func() {
FuncImpl<B>();
}
};
template <bool,typename T = void> struct enable_if { typedef T type; };
template <typename T> struct enable_if<true,T> {};
}
template<class T, unsigned B>
struct Base
{
//other function
//....
template <unsigned N>
typename ::enable_if<16!=N>::type
FuncImpl () { std::cout << "primary function" << std::endl; }
template <unsigned N>
typename ::enable_if<16==N>::type
FuncImpl () { std::cout << "specialization function" << std::endl; }
void Func() {
FuncImpl<B>();
}
};
點評：通過enable_if, 利用SFINAE實現。
我們可以看到根據編譯時模板參數int值的不同，我們重寫模板類的某個成員函數的方法是多種多樣的。針對上面這種情況，個人其實最推薦方法2，我們沒必要把簡單的問題復雜化。
下面我們考慮另外一個需求， 當模板類的某個參數是某種類型時， 我們要求特化其中的一個成員函數:
template<typename T1, typename T2>
struct Base
{
//other function
//....
void Func(){ cout << "primary function" << endl; }
};
void test2()
{
Base<int, int> a;
a.Func();
Base<int, string> b;
b.Func();
}
int main()
{
test2();
}
struct Base
{
//other function
//....
void Func(){ cout << "primary function" << endl; }
};
void test2()
{
Base<int, int> a;
a.Func();
Base<int, string> b;
b.Func();
}
int main()
{
test2();
}
要求上面的模板類如果T2 是string類型， 我們要求對Func特殊重寫，其他的成員函數無論什么情況實現都是一樣的。
有了上面的那個例子的實現經驗， 對這個問題我們解決就方便多了。
方法1：
template<typename T1, typename T2>
struct Base
{
//other function
//....
void Func()
{
if(typeid(std::string) == typeid(T2))
{
cout<<"specialization function"<<endl;
}
else
{
cout << "primary function" << endl;
}
}
};
struct Base
{
//other function
//....
void Func()
{
if(typeid(std::string) == typeid(T2))
{
cout<<"specialization function"<<endl;
}
else
{
cout << "primary function" << endl;
}
}
};
點評：通過運行時類型識別(RTTI)實現，需要打開相關編譯選項，并且低效。
方法2：
template<typename T1, typename T2>
struct Base
{
//other function
//....
template<typename T>
void FuncImpl()
{
cout << "primary function" << endl;
}
template<>
void FuncImpl<string>()
{
cout << "specialization function" << endl;
}
void Func()
{
FuncImpl<T2>();
}
};
struct Base
{
//other function
//....
template<typename T>
void FuncImpl()
{
cout << "primary function" << endl;
}
template<>
void FuncImpl<string>()
{
cout << "specialization function" << endl;
}
void Func()
{
FuncImpl<T2>();
}
};
點評：通過成員函數特化實現
方法3：
template<typename T1, typename T2>
struct Base
{
//other function
//....
template<typename T>
class Type2Type
{
typedef T type;
};
template<typename T>
void FunImpl(const Type2Type<T>)
{
cout << "primary function" << endl;
}
template<typename T>
void FunImpl(const Type2Type<string>)
{
cout << "specialization function" << endl;
}
void Func()
{
FunImpl<T2>(Type2Type<T2>());
}
};
struct Base
{
//other function
//....
template<typename T>
class Type2Type
{
typedef T type;
};
template<typename T>
void FunImpl(const Type2Type<T>)
{
cout << "primary function" << endl;
}
template<typename T>
void FunImpl(const Type2Type<string>)
{
cout << "specialization function" << endl;
}
void Func()
{
FunImpl<T2>(Type2Type<T2>());
}
};
點評： 通過函數重載實現
方法4：
template<typename T>
struct IsString
{
enum { value = false };
};
template<>
struct IsString<string>
{
enum { value = true };
};
template<typename T1, typename T2>
struct Base
{
//other function
//....
void Func()
{
if(IsString<T2>::value)
{
cout << "specialization function" << endl;
}
else
{
cout << "primary function" << endl;
}
}
};
struct IsString
{
enum { value = false };
};
template<>
struct IsString<string>
{
enum { value = true };
};
template<typename T1, typename T2>
struct Base
{
//other function
//....
void Func()
{
if(IsString<T2>::value)
{
cout << "specialization function" << endl;
}
else
{
cout << "primary function" << endl;
}
}
};
點評： 通過編譯時類型判斷實現。
方法5：
template<typename T3, typename T4>
struct must_be_same_type
{
enum { ret = 0 };
};
template<>
struct must_be_same_type<string, string>
{
enum { ret = 1 };
};
template < typename T1,typename T2 >
class Base{
public:
//other function
//....
void Func(){
if(must_be_same_type<T2, string>::ret)
{
cout << "specialization function" << endl;
}
else
{
cout << "primary function" << endl;
}
}
};
struct must_be_same_type
{
enum { ret = 0 };
};
template<>
struct must_be_same_type<string, string>
{
enum { ret = 1 };
};
template < typename T1,typename T2 >
class Base{
public:
//other function
//....
void Func(){
if(must_be_same_type<T2, string>::ret)
{
cout << "specialization function" << endl;
}
else
{
cout << "primary function" << endl;
}
}
};
點評： 和方法4類似， 是不過實現方式不一樣。
最后，探討下我自己遇到的問題， 我們在寫一個事件委托(delegate)類，大概如下：
template<typename return_type, typename first_type, typename second_type>
class CEvent
{
public:
//other function
//....
return_type operator()(first_type p1, second_type p2)
{
return_type ret = return_type();
//...
//ret = invoker(p1, p2);
return ret;
}
};
void test3()
{
CEvent<int, int, int> e1;
e1(1, 2);
CEvent<void, int, int> e2;
e2(1, 2);
}
int main()
{
test3();
}
class CEvent
{
public:
//other function
//....
return_type operator()(first_type p1, second_type p2)
{
return_type ret = return_type();
//...
//ret = invoker(p1, p2);
return ret;
}
};
void test3()
{
CEvent<int, int, int> e1;
e1(1, 2);
CEvent<void, int, int> e2;
e2(1, 2);
}
int main()
{
test3();
}
我們可以看到，當return_type是void時， 因為沒有返回值，上面的代碼會編譯失敗，因此我們只能偏特化這種情況：
template<typename first_type, typename second_type>
class CEvent<void, first_type, second_type>
{
public:
//other function
//....
void operator()(first_type p1, second_type p2)
{
//...
//invoker(p1, p2);
return;
}
};
class CEvent<void, first_type, second_type>
{
public:
//other function
//....
void operator()(first_type p1, second_type p2)
{
//...
//invoker(p1, p2);
return;
}
};
但是，我們會發現只有這個operator()函數是需要根據return_type特殊對待的，其他函數永遠都是一樣的。
我們現在的問題就是如何只特化這個函數。
首先我們會想到如下的實現方法：
template<typename T>
struct IsVoid
{
enum { value = false };
};
template<>
struct IsVoid<void>
{
enum { value = true };
};
template<typename return_type, typename first_type, typename second_type>
class CEvent
{
public:
other function
....
return_type operator()(first_type p1, second_type p2)
{
if(IsVoid<return_type>::value)
{
cout << "return type is void" << endl;
//...
//invoker(p1, p2);
}
else
{
cout << "return type is not void" << endl;
return_type ret = return_type();
//...
//ret = invoker(p1, p2);
return ret;
}
}
};
struct IsVoid
{
enum { value = false };
};
template<>
struct IsVoid<void>
{
enum { value = true };
};
template<typename return_type, typename first_type, typename second_type>
class CEvent
{
public:
other function
....
return_type operator()(first_type p1, second_type p2)
{
if(IsVoid<return_type>::value)
{
cout << "return type is void" << endl;
//...
//invoker(p1, p2);
}
else
{
cout << "return type is not void" << endl;
return_type ret = return_type();
//...
//ret = invoker(p1, p2);
return ret;
}
}
};
但是我們很快會發現這種情況下if語句被編譯進去了， 所以return_type是void的情況下還是會編譯失敗。
我們要解決的問題就是如何把這個if語句變成函數重載，于是我們想到如下實現：
template<typename T>
struct IsVoid
{
enum { value = false };
};
template<>
struct IsVoid<void>
{
enum { value = true };
};
template<int v>
class Int2Type
{
enum {value = v };
};
template<typename return_type, typename first_type, typename second_type>
class CEvent
{
public:
//other function
//....
return_type InvokerImpl(first_type p1, second_type p2, Int2Type<true>)
{
cout << "return type is void" << endl;
//...
//invoker(p1, p2);
}
return_type InvokerImpl(first_type p1, second_type p2, Int2Type<false>)
{
cout << "return type is not void" << endl;
return_type ret = return_type();
//...
//ret = invoker(p1, p2);
return ret;
}
return_type operator()(first_type p1, second_type p2)
{
return InvokerImpl(p1, p2, Int2Type<IsVoid<return_type>::value>());
}
};
struct IsVoid
{
enum { value = false };
};
template<>
struct IsVoid<void>
{
enum { value = true };
};
template<int v>
class Int2Type
{
enum {value = v };
};
template<typename return_type, typename first_type, typename second_type>
class CEvent
{
public:
//other function
//....
return_type InvokerImpl(first_type p1, second_type p2, Int2Type<true>)
{
cout << "return type is void" << endl;
//...
//invoker(p1, p2);
}
return_type InvokerImpl(first_type p1, second_type p2, Int2Type<false>)
{
cout << "return type is not void" << endl;
return_type ret = return_type();
//...
//ret = invoker(p1, p2);
return ret;
}
return_type operator()(first_type p1, second_type p2)
{
return InvokerImpl(p1, p2, Int2Type<IsVoid<return_type>::value>());
}
};
上面的實現首先通過編譯時類型識別，然后再把識別后相應的bool值轉成不同類型， 最后再利用不同類型函數重載實現。
最后總結下，我們可以看到，從編譯時到運行時，從面向對象到普通泛型編程再到模板元編程，C++復雜得讓人無語， 也強大得讓人無語， 而且C++語言本身是在不斷發展的(C++11)， 同一問題在C++中往往有多種解決方案，這些解決方案有的簡單，有的復雜，有的高效， 也有的低效， 而我們的目標就是利用C++這把利器尋找簡單而高效的解決方案。
注：本人初學C++ templates編程，如有錯誤，歡迎指正。
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