c++模板技术

1 概述

　　 c++的模板技术是把双刃剑，一方面，模板灵活强大，变换无穷，stl、boost给程序员展现了模板技术的匪夷所思；另一方面，模板又是c++中处理虚机制外最复杂的技术，初学者往往不知所云。本文简单的总结了以下自己工作中遇到的几个问题，希望能对读者有所帮助。

2 关键字 typename vs class

　　在模板定义时的class和typename是没有区别的，因为最初发明模板时决定使用class以减少一个关键字，但后来发现还是不得不加上typename关键字，参见如下代码： 

 

template<class C>
void f(C & rc)
{
  typename C::iterator  i  =  rc.begin();
  //   ...
}

template void f(C & rc) { typename C::iterator i = rc.begin(); // ... }

 

       编译器不知道C的定义，所以不知道C::iterator是什么东西，此处必须有typename来告诉编译器，而不能使用class关键字。在Windows的vc6环境下，typename可以省略，编译器自动识别补全，但在Linux的gcc编译时，提示需要添加typename。

 

3 静态变量初始化

　　在Windows和Linux下移植C++代码，尤其是模板，十分头疼，Windows下的VC对C++标准支持的不是很好，而且还对很多C++标准进行了修改和扩展，这给移植增加了更大困难，另外gcc不同版本之间也有区别。

　　以下代码演示了多类型的静态变量初始化。

template  <typename T>
class Image
{
  public:
    static const int flag;
  // ...
};

const int Image<int>::flag = 10;
const int Image<float>::flag = 15;

template class Image { public: static const int flag; // ... }; const int Image::flag = 10; const int Image::flag = 15;

 

     上面的代码，在vc6和gcc 3.2.2下均能编译通过，但在新版gcc4.2.3下出现编译器内部错误，需要采用如下方式初始化：

template <> const int Image<int>::flag = 10;
template <> const int Image<float>::flag = 15;

template <> const int Image::flag = 10; template <> const int Image::flag = 15;

 

4 模板之多态

　　在c++中，实现类型多态有两种方式：虚函数和模板。 一般情况下，开发者习惯使用虚函数机制，这种方式采用的是动态绑定技术，即程序只有在运行时才能获得函数执行入口，所以需要由编译器自动生成一张虚函数表；而模板方式采用的是静态绑定，即在编译阶段就能获取函数入口，这种多态实现比较少见。参见如下示例：

#include

using namespace std;

template <typename T>
class B1
{
public:
  void SayHi()
  {
    T* pT = static_cast(this);
    pT->PrintClassName();
  }

  void PrintClassName() { cout << "This is B1" << endl ; }
};

class D1 : public B1
{
  // No overridden functions at all
};

class D2 : public B1
{
public:
  void PrintClassName() { cout << "This is D2" << endl ; }
};

int main()
{
  D1 d1;
  D2 d2;

  d1.SayHi();    // prints "This is B1"
  d2.SayHi();    // prints "This is D2"

  return 0;
}

#include using namespace std; template class B1 { public: void SayHi() { T* pT = static_cast(this); pT->PrintClassName(); } void PrintClassName() { cout << "This is B1" << endl ; } }; class D1 : public B1 { // No overridden functions at all }; class D2 : public B1 { public: void PrintClassName() { cout << "This is D2" << endl ; } }; int main() { D1 d1; D2 d2; d1.SayHi(); // prints "This is B1" d2.SayHi(); // prints "This is D2" return 0; }

 

class D1 : public B1 定义是合法的，因为c++语法支持，即D1只是被部分定义，类名D1已经被列入递归继承列表，是可以使用的。将类名作为模板类的参数实现了编译期间的虚函数调用机制。


　　上面static_cast(this)是关键所在，它根据函数调用时的特殊处理将指向B1类型的指针this指派为D1或D2类型的指针，因为模板代码是在编译其间生成的，所以只要编译器生成正确的继承列表，这样指派就是安全的。这很像C++的多态（polymorphism），只是SayHi()方法不是虚函数。


　　在第一个函数调用，对象B1被指派为D1，所以代码被解释成：

void B1::SayHi()
{
  D1* pT = static_cast(this);

  pT->PrintClassName();
}

void B1::SayHi() { D1* pT = static_cast(this); pT->PrintClassName(); }

     D2实现类似。采用这种方法的优势：不需要虚函数表；静态绑定，有利于程序优化。