C++模板进阶：解锁泛型编程魔力

好的，我们来详细探讨C++模板的进阶用法。模板是C++泛型编程的核心，掌握其高级特性对编写灵活、高效的代码至关重要。

一、模板特化（Template Specialization）

当通用模板无法满足特定类型的需求时，可以对特定类型进行特化。

1. 全特化（Full Specialization）

为特定类型提供完全独立的实现：

template <typename T>
bool compare(T a, T b) {
return a > b;
}

// 全特化：针对const char*
template <>
bool compare<const char*>(const char* a, const char* b) {
return strcmp(a, b) > 0;
}

2. 偏特化（Partial Specialization）

对部分模板参数进行特化，常用于处理指针或特定类型组合：

template <typename T>
class Vector { /* 通用实现 */ };

// 偏特化：针对指针类型
template <typename T>
class Vector<T*> {
public:
void clear() {
// 特殊处理指针的释放逻辑
}
};

二、模板元编程（Template Metaprogramming）

在编译期执行计算，生成代码。

示例：编译期阶乘计算

template <int N>
struct Factorial {
static const int value = N * Factorial<N – 1>::value;
};

// 终止条件
template <>
struct Factorial<0> {
static const int value = 1;
};

// 使用：编译期计算5!
int result = Factorial<5>::value; // 输出120

三、SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）

利用模板替换失败来约束类型。

示例：仅对可迭代类型启用函数

template <typename T, typename = void>
struct is_iterable : false_type {};

template <typename T>
struct is_iterable<T, void_t<decltype(begin(declval<T>()))>> : true_type {};

template <typename T>
enable_if_t<is_iterable<T>::value, void> print(const T& container) {
for (auto& item : container) cout << item << " ";
}

四、可变参数模板（Variadic Templates）

处理任意数量的模板参数。

1. 递归展开参数包

template <typename T>
void print(T t) {
cout << t << endl;
}

template <typename T, typename… Args>
void print(T t, Args… args) {
cout << t << " ";
print(args…); // 递归调用
}

2. 折叠表达式（C++17）

简化可变参数操作：

template <typename… Args>
auto sum(Args… args) {
return (args + …); // 等价于 (arg1 + (arg2 + …))
}

五、模板别名（Alias Templates）

使用using简化复杂类型：

template <typename T>
using Vec = std::vector<T, MyAllocator<T>>; // 自定义分配器

Vec<int> v; // 等价于 std::vector<int, MyAllocator<int>>

六、约束模板（C++20 Concepts）

通过概念（Concepts）显式约束模板参数：

template <typename T>
concept Addable = requires(T a, T b) {
{ a + b } -> std::convertible_to<T>;
};

template <Addable T>
T add(T a, T b) {
return a + b;
}

七、模板与完美转发

结合std::forward实现泛型参数转发：

template <typename… Args>
void logAndCall(Args&&… args) {
log("Function called");
targetFunc(std::forward<Args>(args)…);
}

注意事项

通过掌握这些进阶技术，可以构建更灵活、类型安全的泛型组件，提升代码复用性和性能。