C++類模板的三種特化

說起C++的模板及模板特化，相信很多人都很熟悉，但是說到模板特化的幾種類型，相信了解的人就不是很多。我這裡歸納了模板特化的幾種類型，一是特化為絕對類型；而是特化為引用，指針類型；三是特化為另外一個模板類。

這裡用一個簡單的例子來說明這三種情況：

// general version
template<class T>
class Compare
{
public:
    static bool IsEqual(const T& lh, const T& rh)
    {
        return lh == rh;
    }
};

這是一個用於比較的模板類，裡面可以有多種用於比較的函數，以IsEqual為例。

一、特化為絕對類型

也就是說直接為某個特定類型做特化，這是我們最常見的一種特化方式，如特化為float,double等

// specialize for float
template<>
class Compare<float>
{
public:
    static bool IsEqual(const float& lh, const float& rh)
    {
        return abs(lh - rh) < 10e-3;
    }
};
// specialize for double
template<>
class Compare<double>
{
public:
    static bool IsEqual(const double& lh, const double& rh)
    {
        return abs(lh - rh) < 10e-6;
    }
};

二、特化為引用，指針類型

這種特化我最初是在stl源碼的的iterator_traits特化中發現的，如下：

template <class _Iterator>
struct iterator_traits {
  typedef typename _Iterator::iterator_category iterator_category;
  typedef typename _Iterator::value_type        value_type;
  typedef typename _Iterator::difference_type   difference_type;
  typedef typename _Iterator::pointer           pointer;
  typedef typename _Iterator::reference         reference;
};
// specialize for _Tp*
template <class _Tp>
struct iterator_traits<_Tp*> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef _Tp                         value_type;
  typedef ptrdiff_t                   difference_type;
  typedef _Tp*                        pointer;
  typedef _Tp&                        reference;
};
// specialize for const _Tp*
template <class _Tp>
struct iterator_traits<const _Tp*> {
  typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
  typedef _Tp                         value_type;
  typedef ptrdiff_t                   difference_type;
  typedef const _Tp*                  pointer;
  typedef const _Tp&                  reference;
};

當然，除了T*,我們也可以將T特化為constT*,T&,constT&等，以下還是以T*為例：

// specialize for T*
template<class T>
class Compare<T*>
{
public:
    static bool IsEqual(const T* lh, const T* rh)
    {
        return Compare<T>::IsEqual(*lh, *rh);
    }
};

這種特化其實是就不是一種絕對的特化，它只是對類型做了某些限定，但仍然保留了其一定的模板性，這種特化給我們提供了極大的方便，如這裡，我們就不需要對int*,float*,double*等等類型分別做特化了。

三、特化為另外一個模板類

這其實是第二種方式的擴展，其實也是對類型做了某種限定，而不是絕對化為某個具體類型，如下：

// specialize for vector<T>
template<class T>
class Compare<vector<T> >
{
public:
    static bool IsEqual(const vector<T>& lh, const vector<T>& rh)
    {
        if(lh.size() != rh.size()) return false;
        else
        {
            for(int i = 0; i < lh.size(); ++i)
            {
                if(lh[i] != rh[i]) return false;
            }
        }
        return true;
    }
};

這就把IsEqual的參數限定為一種vector類型，但具體是vector<int>還是vector<float>，我們可以不關心，因為對於這兩種類型，我們的處理方式是一樣的，我們可以把這種方式稱為“半特化”。

當然，我們可以將其“半特化”為任何我們自定義的模板類類型：

// specialize for any template class type
template <class T1> 
struct SpecializedType
{
    T1 x1;
    T1 x2;
};
template <class T>
class Compare<SpecializedType<T> >
{
public:
    static bool IsEqual(const SpecializedType<T>& lh, const SpecializedType<T>& rh)
    {
        return Compare<T>::IsEqual(lh.x1 + lh.x2, rh.x1 + rh.x2);
    }
};

這就是三種類型的模板特化，我們可以這麼使用這個Compare類：

// int
int i1 = 10;
int i2 = 10;
bool r1 = Compare<int>::IsEqual(i1, i2);
// float
float f1 = 10;
float f2 = 10;
bool r2 = Compare<float>::IsEqual(f1, f2);
// double
double d1 = 10;
double d2 = 10;
bool r3 = Compare<double>::IsEqual(d1, d2);
// pointer
int* p1 = &i1;
int* p2 = &i2;
bool r4 = Compare<int*>::IsEqual(p1, p2);
// vector<T>
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
vector<int> v2;
v2.push_back(1);
v2.push_back(2);
bool r5 = Compare<vector<int> >::IsEqual(v1, v2);
// custom template class 
SpecializedType<float> s1 = {10.1f,10.2f};
SpecializedType<float> s2 = {10.3f,10.0f};
bool r6 = Compare<SpecializedType<float> >::IsEqual(s1, s2);