C++ 模板系列小结05-模板类型作为模板参数

C++ 模板系列小结05-模板类型作为模板参数

标签: C++   Template  

在前面的文章中,模板参数除了是类型之外,还可以是非类型参数,但只有整型和指向外部链接对象的指针才可以。

除此之外,模板类型同样可以作为类型参数,并且还很有用处。

在之前定义过如下的类模板:

template <typename T,typename CONT = std::vector<T> >
class Stack{

};

int main() {
    Stack<int> stack1;
    Stack<int,std::vector<int>> stack2;
    return 0;
}

要使用如上的类模板,并且不使用默认参数的话,那么就需要指定容器类型和容器所包含的元素类型。

但如果借助模板参数的话,就可以只指定容器的类型而不需要指定所包含元素的类型。

为了达到上述目标,就需要把第二个模板参数指定为模板的模板参数,声明方式如下:

template <typename T, template<typename ELEM> class CONT = std::deque>
class Stack{
private:
    CONT<T> elems;
public:
    void push(T const&);
    void pop();
    T top() const;
    bool empty() const{
        return elems.empty();
    }
};

不同之处在于,第二个模板参数选择被声明为一个类模板。

template<typename ELEM> class CONT = std::deque

在使用时,第二个参数必现得是一个类模板,并且由第一个模板参数传递进来的类型进行实例化,如下代码所示:

CONT<T> elems;

这也是比较特别的地方,使用第一个模板参数作为第二个模板参数的实例化类型。

一般来说,可以使用类模板内部的任何类型来实例化模板的模板参数。

使用 Class 关键字

作为模板参数的声明,通常可以使用 typename 关键字来替换 class 。但是上面的 CONT 是为了定义一个类,一个模板类,因此只能使用关键字 class

所以如下的声明反而是错误的:

template <typename T, template<typename ELEM> typename CONT = std::deque>

但也不是绝对的,在 C++17 中也是允许上面声明方式了。

另外,由于代码中实际上用不到 “模板的模板参数” 中的模板参数,也就是 ELEM ,所以它是可以省略不写的。

省略之后的声明方式如下:

template <typename T, template<typename> class CONT = std::deque>
class Stack{
private:
    CONT<T> elems;
public:
    void push(T const&);
    void pop();
    T top() const;
    bool empty() const{
        return elems.empty();
    }
};

接下来在定义函数实现时,也要做相应的修改:

template<typename T, template<typename> class CONT>
void Stack<T>::push(const T &elem) {
    elems.push_back(elem);
}

template<typename T, template<typename> class CONT>
void Stack<T>::pop() {
    if (!elems.empty()) {
        elems.pop_back();
    }
}

template<typename T, template<typename> class CONT>
T Stack<T>::top() const {
    if (!elems.empty()) {
        return elems.back();
    }
    throw std::out_of_range("Stack::top(); empty Stack");
}

成员函数的声明要和类模板的声明一致。

另外,函数模板是不支持模板类型作为模板参数的。

模板的模板参数实参匹配

完成了以上的声明定义之后,还不能直接使用 Stack 类模板,因为 CONT 的默认值 std::deque 和模板的模板参数 CONT 并不匹配。

这是因为模板的模板实参(比如 std::deque)是一个具有参数 A 的模板,它将替换模板的模板参数(比如 CONT),而模板的模板参数是一个具有参数 B 的模板。

std::deque 的声明如下:

template <class _Tp, class _Allocator = allocator<_Tp> > class _LIBCPP_TEMPLATE_VIS deque;

匹配过程要求参数 A 和参数 B 必现完全匹配。然后在这里,并没有考虑到模板的模板实参的默认模板参数,也就是上面的 allocator ,从而也就是使 B 中缺少了这些默认参数值,当然就不能获得精确的匹配。

std::deque 还有一个参数,也就是第二个参数,内存分配器 allocator ,它有一个默认值,但在匹配 std::deque 的参数和 CONT 的参数时,并没有考虑到这个参数值。

因此修改类的声明,让 CONT 的参数是具有两个模板参数的容器。

template <typename T, template<typename ELEM,typename ALLOC = std::allocator<ELEM>> class CONT = std::deque>
class Stack{
private:
    CONT<T> elems;
public:
    void push(T const&);
    void pop();
    T top() const;
    bool empty() const{
        return elems.empty();
    }
};

由于 ALLOC 用不到,实际上它也是可以省略的。

template <typename T, template<typename ELEM,typename = std::allocator<ELEM>> class CONT = std::deque>
class Stack{
private:
    CONT<T> elems;
public:
    void push(T const&);
    void pop();
    T top() const;
    bool empty() const{
        return elems.empty();
    }
};

相应的,也要将成员函数修改了,凡是用不到的都可以省略。

template <typename T, template<typename ,typename > class CONT>
void Stack<T,CONT>::push(const T &elem) {
    elems.push_back(elem);
}

template <typename T, template<typename ,typename > class CONT>
void Stack<T,CONT>::pop() {
    if (!elems.empty()) {
        elems.pop_back();
    }
}
template <typename T, template<typename ,typename > class CONT>
T Stack<T,CONT>::top() const {
    if (!elems.empty()) {
        return elems.back();
    }
    throw std::out_of_range("Stack::top(); empty Stack");
}

将 Stack 的函数声明和实现拼起来,就是最终的版本,使用起来也不需要再指定容器所包含的类型了。

int main() {
    Stack<int,std::vector> intStack;
    intStack.push(2);
    intStack.top();
    intStack.pop();
    return 0;
}

小结

在本篇中模板的模板参数声明时,使用到了 class 关键字,要注意它的使用场景,因为模板的模板参数是一个类,所以要用 class 关键字。

参考 std::deque 的声明,前面两个 class 关键字可以用 typename 替换,后面一个就不行了。

template <class _Tp, class _Allocator = allocator<_Tp> > class _LIBCPP_TEMPLATE_VIS deque;

另外,在 C++ 17 之后,也是可以用 typename 关键字来声明模板的模板参数类型了,但考虑到 C++ 17 普及使用程度不高,还是按照 C++ 11 的标准来吧。

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