目录

1.引言

2.类模板成员函数的特化

2.1.没有函数特化的类模板

2.2.增加函数特化        

3.“曲线救国”函数“偏特化”

3.1.函数重载实现“偏特化”

3.2.使用类型选择机制实现“偏特化”

4.总结

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1.引言

        C++ 泛型编程的资料在介绍类模板的特化和偏特化的时候，都会提到“虽然类模板可以偏特化，但是类模板的成员函数不可以偏特化”。对于初次接触泛型编程的 C++ 程序员来说，甚至对 C++ 有一定了解的人，一时也会摸不着头脑。到底模板成员函数的特化和偏特化是怎么回事儿，类模板成员函数不能偏特化是什么意思？本文就用几个简单的例子解释一下这句话。

2.类模板成员函数的特化

2.1.没有函数特化的类模板

        当你开始了解 C++ 的泛型编程的时候，类模板的特化和偏特化就是两个绕不开的话题。在很多 C++ 的书籍中都会提到一点，就是：“虽然类模板可以偏特化，但是类模板的成员函数不可以偏特化”。这句话到底是什么意思呢？本篇小文就用一段例子代码，直观地解释一下这句话。读懂本篇小文，你需要对 C++ 的类模板、类模板的特化相关的概念和 C++ 的语法实现有基本的了解。
        废话少说，我们先定义一个类模板 SpecialClass<> ，它有两个模板参数，分别是 U 和 T。这个类模板有两个（函数）方法，即 FuncA() 和 FuncB()，如下代码片段所示：

        对于这个类模板，我们可以这样实例化它们，下面的代码片段中，sp1 和 sp2 就是类模板的两个实例化对象：

        不出意料，两个类模板的实例对象的函数调用的输出结果都是主模板（Primary Template）类的 FuncA() 和 FuncB() 的输出：

SpecialClass::FuncA(U, T) invoked!
SpecialClass::FuncB(U, T) invoked!
SpecialClass::FuncA(U, T) invoked!
SpecialClass::FuncB(U, T) invoked!

2.2.增加函数特化        

        既然标准已经说了，类模板不支持成员函数的偏特化，那么我们先来个全特化成员函数，看看全特化成员函数是什么情况。我们对 FuncA() 进行全特化，保留 FuncB() 作为对比：

        我们用 int 和 char 对 FuncA() 进行特化，然后再像代码 2 那样创建两个类模板的实例，此时运行的结果如下所示，第二个实例中的 FuncA() 特化起了作用，但是 FuncB()仍然是主模板类的函数：

SpecialClass::FuncA(U, T) invoked!
SpecialClass::FuncB(U, T) invoked!
SpecialClass::FuncA(int, char) invoked!
SpecialClass::FuncB(U, T) invoked!

        正如标准所说的那样，类模板中函数的全特化是没有问题的，那么我们现在来看看函数的偏特化。如下代码片段所示，我们只特化模板参数 T：

        终于，编译器拒绝编译这段代码，不同的编译器可能给出的错误信息不一样。我用的 gcc 7.3 抱怨说 FuncA 的类型 class SpecialClass<U, char> 声明不完整，Visual C++ 14.0（Visual Studio 2015） 给出的错误信息是SpecialClass<U,char>::FuncA 无法匹配已经存在的函数声明：void SpecialClass<U,T>::FuncA(U,T) 。编译器的提示信息和大多数涉及模板的编译错误提示信息一样，一如既往的含蓄和隐晦。
        至此，我们已经用具体的例子解释了类模板成员函数的特化和偏特化（不被允许），实际上，不仅类模板的成员函数不支持偏特化，有具体的名字域（namespace）级别的非成员函数，也不支持偏特化。如果我们不死心，一定要 FuncA 的第二个参数使用 char 类型怎么办呢？方法当然有，那就是利用 C++ 语言的函数重载机制“曲线救国”。

3.“曲线救国”函数“偏特化”

        注意，这里要介绍的两个方法都不是真正意义上的函数偏特化，因为 C++ 不支持模板函数偏特化，所以标题都加了引号。这里介绍的两种方法都是采用模拟的方法，让编译器能够根据函数参数的差异实现函数的最佳匹配。

3.1.函数重载实现“偏特化”

        假如我们无论如何都要给 SpecialClass<> 增加一个 FuncA 的定制版本: FuncA(U para1, char para2)，使得这个函数对 char 类型参数时，能够使用更高效的算法实现。简单一点的方法就是利用函数重载，直接给 SpecialClass<> 增加一个重载函数，比如这样：

template <class U, class T>
class TestClass
{
public:
    void FuncA(U para1, T para2)
    {
        std::cout << "TestClass::FuncA(U, T) invoked!" << std::endl;
    }
    void FuncA(U para1, char para2)
    {
        std::cout << "TestClass::FuncA(U, char) invoked!" << std::endl;
    }
};

//模板实例化应用
TestClass<std::string, double> tp1;

tp1.FuncA("dsdfsd", 23.1); //第一个重载函数被调用
tp1.FuncA("dsdfsd", 'B'); //第二个重载函数被调用

3.2.使用类型选择机制实现“偏特化”

C++ 的 Tag Dispatching(标签派发) 惯用法-CSDN博客

        《Modern C++ Design》这本书里介绍了一种利用编译期间类型选择机制实现的“函数”的偏特化选择，这种技术被称为“Tag Dispatching”，其本质仍然是利用了 C++ 的函数重载机制，这里我们就简单介绍一下这种技术。
        首先介绍一种 C++ 泛型编程种常用的技巧，即“类型对类型的映射”。C++ 是一种强类型语言，对于类模板的实例来说，SomeClass<int> 和 SomeClass<double> 是两种不同的类型（虽然它们的代码是一套代码）。利用这个特点，我们可以定义一个类型到类型映射的模板类：

template <typename T>
struct Type2Type
{
    typedef T thisNewType;
};

        这里我想插入解答一个读者经常问我的问题，即：为什么你这里用 struct 而不是 class？其实不只是我，很多人都这么用，原因很简单，就是省事儿，你接着往下看就明白了。这样在获取映射类型的时候，就可以直接这么用：

Type2Type<T>::thisNewType 是个类型定义，可被用于编译器的自动推导

Type2Type<int>::thisNewType a; // 等同于: int a;

        当然可以用 class ，不过别忘了，C++ 的 class 与 struct 的区别之一就是 class 的属性默认是私有的，如果用 class，代码要这么写：

template <typename T>
class Type2Type
{
public:
    typedef T thisNewType;
};

        好了，现在言归正传。我们已经知道 Type2Type<int> 和 Type2Type<double> 是两种完全不同的类型，如果将其作为函数的参数，就可以利用函数的重载机制，让编译器区分它们，既能够根据类型自动生成对应类型的函数实例，又能引导编译器将某些特定类型参数的函数调用链接到针对特定类型实现的函数体上。

template <class U, class T>
T* CreateObject(U para1, Type2Type<T>)
{
    std::cout << "SpecialTypeClass::CreateObject(U, T) invoked!" << std::endl;
    return new T(para1); //毫无意义的代码
}

template <class U>
char* CreateObject(U para1, Type2Type<char>)
{
    std::cout << "SpecialTypeClass::CreateObject(U, char) invoked!" << std::endl;
    return new char(para1); //又一行毫无意义的代码
}

       使用起来也很简单，第二个参数仅仅是用于告诉编译器如何根据类型匹配正确的函数体：

double *pValue = CreateObject(5, Type2Type<double>());

char *pCh = CreateObject(5, Type2Type<char>());

       没有悬念，程序输出如我们所愿：

SpecialTypeClass::CreateObject(U, T) invoked!
SpecialTypeClass::CreateObject(U, char) invoked!

        使用这种方法，还有一个好处，就是简化 CreateObject() 函数的使用。想想在 C++11 标准出来之前，为了让编译器能正确实作出对应模板参数的函数，我们不得不这样写代码：

//这样定义模板函数
template <class U, class T>
T* CreateObject(U para1)
{ 
    std::cout << "SpecialTypeClass::CreateObject(U, T) invoked!" << std::endl; 
    return new T(para1); //毫无意义的代码
}

//这样使用模板函数
double *pValue = CreateObject<int, double>(5);

4.总结

        好了，本篇小文就写到这里，总结一下内容，首先实例代码讲解了很多 C++ 书籍都提到，但是没有细说的：“虽然类模板可以偏特化，但是类模板的成员函数不可以偏特化” 这句话的意思，然后又介绍了两种利用函数重载机制实现的变相函数“偏特化”的方法。