第十三站：深度学习模板

一、基础类型模板参数定义用 class / typename 声明代表一个数据类型在实例化时传入类型名参数占位符 T 代表任意类型int、自定义类、指针等实例化尖括号内必须填类型举例#includeiostreamusing namespace std;// 类型模板参数class / typename 完全等价templateclassT// templatetypename T 等效写法classA{};intmain(){return0;}小结1.class 和 typename 在模板参数列表中无区别均可用来声明类型参数二、传统固定数组模板的缺陷#define 全局常量举例1.固定长度为100#defineN100templateclassTclassArray{public:private:T_a[N];// 数组长度由全局宏N固定};intmain(){Arrayinta1;return0;}2.固定长度为1000#defineN1000templateclassTclassArray{public:private:T_a[N];};intmain(){Arrayinta1;return0;}这种定义方法带来的最核心的问题就是宏N是全局唯一常量整个程序中只能有一种长度导致无法在同一个程序中同时创建同类型不同长度的数组对象。三、非类型模板参数解决宏的缺陷定义不用 typename/class用一个参数代表一个常量值实例化时传值templateintN,doubleX// N、X 是非类型模板参数structArray{};举例类型参数 整型非类型参数// T类型参数Nint型非类型模板参数templateclassT,intNclassArray{public:private:T_a[N];};intmain(){Arrayint,100a1;// int数组长度100Arrayint,1000a2;// int数组长度1000return0;}注意1.非类型模板参数只能是整型常量浮点数(double,float)、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的。非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果非类型模板参数允许的类型编译时报错如下非类型模板参数允许的类型编译时情况如下没有报错仅支持编译期可求值的常量整数类型 整型char/short/int/long/longlong/无符号整型四模板的特化模板的特化定义函数模板/类模板是一套通用的代码但是有些特殊类型不能用这套通用的代码我们就需要针对这种特殊类型对模板做一个特化就叫做模板的特化。模板的特化又分为函数模板特化和类模板的特化函数模板特化全特化即是将模板参数列表中所有的参数都确定化。特化步骤必须要先有一个基础的函数模板关键字template后面接一对空的尖括号函数名后跟一对尖括号尖括号中指定需要特化的类型函数形参表: 必须要和模板函数的基础参数类型完全相同//函数模板特化templateclassTboolIsEqual(Tleft,Tright){returnleftright;//直接用 比较两个同类型变量//缺陷char* 字符串指针比较只会对比地址不会对比字符串内容}//针对char*类型的特殊化处理// template 代表无剩余模板参数全特化templateboolIsEqualchar*(char*left,char*right){// strcmp 逐字符对比字符串内容returnstrcmp(left,right)0;}intmain(){inta0,b1;coutIsEqual(a,b)endl;// 调用通用模板输出0constchar*p1hello;constchar*p2world;coutIsEqual(p1,p2)endl;// 调用char*特化版本输出0return0;}小结全特化语法template 空模板头显式指定类型 char*类模板特化包含全特化和偏特化全特化全特化即是将模板参数列表中所有的参数都确定化。举例//类模板全特化//1. 通用双参数类模板templateclassT1,classT2classData{public:Data(){cout原模版类DataT1, T2endl;}private:T1_d1;T2_d2;};//2. 针对 Dataint, char 的全特化template// 空模板头 全特化classDataint,char//类型全部写死{public:Data(){cout全特化: Dataint, charendl;}private:// 可完全重写成员和通用模板结构无关};//测试intmain(){Dataint,intd1;// 通用模板输出 原模版类DataT1, T2Dataint,chard2;// 匹配全特化输出 全特化: Dataint, charreturn0;}偏特化包含参数固定型偏特化和类型修饰偏特化参数固定型偏特化只固定一部分模板参数剩余参数仍保留泛型称为偏特化。【偏特化只存在于类模板函数模板不支持偏特化。】//类模板偏特化//1. 通用双参数类模板templateclassT1,classT2classData{public:Data(){cout原模板类DataT1, T2endl;}private:T1_d1;T2_d2;};//2. 针对 Dataint, char 的全特化template// 空模板头 全特化classDataint,char//类型全部写死{public:Data(){cout全特化: Dataint, charendl;}private:// 可完全重写成员和通用模板结构无关};// 偏特化T1固定intT2仍为可变类型templateclassT2//部分参数写死剩余泛型classDataint,T2{public:Data(){cout偏特化: Dataint, T2endl;}private:};//测试intmain(){Dataint,doubled1;//偏特化: Dataint, T2Dataint,floatd2;//偏特化: Dataint, T2Dataint,chard3;//全特化: Dataint, charDatastring,intd4;//原模板类DataT1, T2return0;}小结匹配优先级从高到低全特化 偏特化 通用基础模板类型修饰型偏特化不固定参数只限制参数为指针 / 引用//类型修饰型偏特化// ////1. 通用双参数类模板templateclassT1,classT2classData{public:Data(){cout原模板类DataT1, T2endl;}private:T1_d1;T2_d2;};//两个参数偏特化为指针类型templateclassT1,classT2classDataT1*,T2*{public:Data(){cout类型修饰型偏特化DataT1*, T2*endl;}private:T1_d1;T2_d2;};//两个参数偏特化为引用类型templateclassT1,classT2classDataT1,T2{public:Data(constT1d1,constT2d2):_d1(d1),_d2(d2){cout类型修饰型偏特化DataT1, T2endl;}private:constT1_d1;constT2_d2;};intmain(){Datadouble,intd1;//原模板类DataT1, T2Dataint,doubled2;//原模板类DataT1, T2Dataint*,int*d3;//类型修饰型偏特化DataT1*, T2*Dataint,intd4(1,2);//类型修饰型偏特化DataT1, T2return0;}五 模板分离编译分离编译定义就是将声明和实现拆分到不同的文件中【一般在项目工程中会将函数或者类的声明放到.h文件中对外暴露接口将函数或者类的定义放到.cpp文件中内部具体实现】优点1.方便阅读和维护2.对外只暴露接口隐藏具体实现细节注意模板特殊限制普通函数 / 普通类可以正常分离编译但类模板、函数模板不能简单分离编译 模板实例化发生在编译期若声明在.h、实现放在.cpp调用时编译器看不到模板完整实现会报链接错误。 解决模板分离编译的两种方案1.模板实现直接写在.h 头文件中2.在.cpp 末尾显式实例化需要的模板类型。四步完整编译流程C/C 编译分为 4 个独立阶段每个.cpp单独编译为目标文件.o1.预处理展开头文件、宏替换、删除注释生成.i文件2.编译语法检查翻译成汇编代码.s3.汇编汇编转机器码生成二进制目标文件.o每个 cpp 对应一个.o4.链接合并所有.o匹配函数地址生成可执行程序举例普通函数分离编译和模板分离编译举例//在Fun.h文件中声明#pragma oncevoidF1();// 仅函数声明无函数体templateclassTvoidF2(constTx);//在Fun.cpp文件中实现#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS1#includeFun.h#includeiostreamusing namespace std;voidF1(){coutF1()endl;}templateclassTvoidF2(constTx){coutvoid F2(const T x)endl;}//在Test.cpp文件中测试#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS1#includeFun.hintmain(){//F1();F2(10);//编译通过但LNK2019无法解析的外部符号 void __cdecl F2int(int const ) (??$F2HYAXAEBHZ)函数 main 中引用了该符号return0;}普通函数 F1 为什么没问题1.编译Fun.cpp时文件内直接定义void F1()编译器直接实例化出F1机器码写入Fun.o的符号表记录函数内存地址2.编译Test.cpp时只看到F1()声明语法校验通过机器码里预留call F1(?)占位3.链接阶段读取Fun.o符号表找到F1真实地址填充Test.o的占位符匹配成功模板函数 F2 为什么链接失败模板只有被调用时才会实例化不存在通用机器码1.Fun.c中只写了模板定义但本文件没有任何F2(xxx)调用编译器不会生成F2、F2等任何实例的机器码Func.o符号表里没有 F2 相关符号2.Test.cpp里执行F2(10)触发F2实例化但Test.cpp只包含Func.h只有模板声明看不到完整函数体无法生成F2机器码仅预留call F2(?)占位3.链接阶段遍历Func.o找不到F2符号抛出 LNK2019无法解析的外部符号 “void __cdecl F2(int const )” (??$F2HYAXAEBHZ)函数 main 中引用了该符号解决模板分离编译报错的 2种方案1. 模板实现全部写在.h头文件编译时能看见完整模板代码调用时直接实例化。【推荐】2.显式实例化模板实现仍放.cpp【不推荐】缺点极不灵活每新增一种调用类型就要手动加一行实例化代码如下在Func.cpp模板末尾手动写出项目中会用到的全部类型强制编译器生成对应实例机器码写入符号表 templateclassTvoidF2(constTx){coutvoid F2(const T x)endl;}// 手动实例化需要的类型templatevoidF2int(constint);templatevoidF2double(constdouble);小结模板在哪调用在哪实例化看不到完整函数体就无法生成机器码总结模板的优点1.实现了代码的复用节省资源2.增强了代码的灵活性便于代码维护模板的缺点1.当模板实例化过多会导致代码膨胀问题也会导致编译时间变长2.如果模板编译出现错误时不易定位