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一、類模板特化

1.特化的實(shí)現(xiàn)

你可以為特定類型提供類模板的替代實(shí)現(xiàn)。例如，你可能認(rèn)為 const char 類型（C 風(fēng)格字符串）的 Grid 行為沒(méi)有意義。Grid 將在 vector>> 中存儲(chǔ)其元素?？截悩?gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符將執(zhí)行這些 const char 指針類型的淺拷貝。對(duì)于 const char，進(jìn)行深拷貝字符串可能更有意義。最簡(jiǎn)單的解決方案是為 const char 編寫一個(gè)專門的實(shí)現(xiàn)，將它們轉(zhuǎn)換為 C++ 字符串，并存儲(chǔ)在 vector>> 中。

成都創(chuàng)新互聯(lián)一直在為企業(yè)提供服務(wù)，多年的磨煉，使我們?cè)趧?chuàng)意設(shè)計(jì)，成都全網(wǎng)營(yíng)銷到技術(shù)研發(fā)擁有了開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。我們擅長(zhǎng)傾聽(tīng)企業(yè)需求，挖掘用戶對(duì)產(chǎn)品需求服務(wù)價(jià)值，為企業(yè)制作有用的創(chuàng)意設(shè)計(jì)體驗(yàn)。核心團(tuán)隊(duì)擁有超過(guò)十年以上行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，涵蓋創(chuàng)意，策化，開發(fā)等專業(yè)領(lǐng)域，公司涉及領(lǐng)域有基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)成都多線機(jī)房、手機(jī)APP定制開發(fā)、手機(jī)移動(dòng)建站、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)整合營(yíng)銷。

模板的替代實(shí)現(xiàn)稱為模板特化。你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)其語(yǔ)法初看有些奇怪。當(dāng)你編寫類模板特化時(shí)，你必須指定這是模板，并且你正在為特定類型編寫模板的版本。以下是 Grid 的 const char

export module grid:string;

// 當(dāng)使用模板特化時(shí)，原始模板也必須可見(jiàn)。
import :main;

export template <>
class Grid {
public:
    explicit Grid(size_t width = DefaultWidth, size_t height = DefaultHeight);
    virtual ~Grid() = default;
    // 明確默認(rèn)拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符。
    Grid(const Grid& src) = default;
    Grid& operator=(const Grid& rhs) = default;
    // 明確默認(rèn)移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符。
    Grid(Grid&& src) = default;
    Grid& operator=(Grid&& rhs) = default;

    std::optional& at(size_t x, size_t y);
    const std::optional& at(size_t x, size_t y) const;

    size_t getHeight() const { return m_height; }
    size_t getWidth() const { return m_width; }

    static const size_t DefaultWidth { 10 };
    static const size_t DefaultHeight { 10 };

private:
    void verifyCoordinate(size_t x, size_t y) const;
    std::vector>> m_cells;
    size_t m_width { 0 }, m_height { 0 };
};

注意，在特化中你不使用任何類型變量，例如 T，你直接使用 const char* 和字符串。此時(shí)一個(gè)明顯的問(wèn)題是，為什么這個(gè)類仍然是模板。即，以下語(yǔ)法有什么用途？

template <> class Grid

這種語(yǔ)法告訴編譯器，這個(gè)類是 Grid 類的 const char* 特化。假設(shè)你沒(méi)有使用這種語(yǔ)法，而是嘗試編寫如下代碼：

class Grid

編譯器不會(huì)允許你這樣做，因?yàn)橐呀?jīng)存在一個(gè)名為 Grid 的類模板（原始類模板）。只有通過(guò)特化，你才能重用這個(gè)名稱。特化的主要好處是它們對(duì)用戶來(lái)說(shuō)可以是不可見(jiàn)的。當(dāng)用戶創(chuàng)建 int 或 SpreadsheetCells 的 Grid 時(shí)，編譯器會(huì)從原始 Grid 模板生成代碼。當(dāng)用戶創(chuàng)建 const char* 的 Grid 時(shí)，編譯器使用 const char* 特化。這一切都可以在“幕后”進(jìn)行。

2.主模塊接口文件

主模塊接口文件簡(jiǎn)單地導(dǎo)入并導(dǎo)出兩個(gè)模塊接口分區(qū)：

export module grid;
export import :main;
export import :string;

特化可以按照以下方式進(jìn)行測(cè)試：

Grid myIntGrid; // 使用原始 Grid 模板。
Grid stringGrid1 { 2, 2 }; // 使用 const char* 特化。
const char* dummy { "dummy" };
stringGrid1.at(0, 0) = "hello";
stringGrid1.at(0, 1) = dummy;
stringGrid1.at(1, 0) = dummy;
stringGrid1.at(1, 1) = "there";
Grid stringGrid2 { stringGrid1 };

當(dāng)你特化一個(gè)模板時(shí)，你不會(huì)“繼承”任何代碼；特化不像派生。你必須重寫類的整個(gè)實(shí)現(xiàn)。沒(méi)有要求你提供具有相同名稱或行為的方法。例如，const char* 的 Grid 特化實(shí)現(xiàn)了 at() 方法，返回 optional，而不是 optional。事實(shí)上，你可以編寫一個(gè)與原始類完全不相關(guān)的完全不同的類。當(dāng)然，這會(huì)濫用模板特化功能，如果沒(méi)有充分理由，你不應(yīng)該這樣做。

下面是 const char* 特化的方法實(shí)現(xiàn)。與模板定義中不同，你不需要在每個(gè)方法定義前重復(fù) template<> 語(yǔ)法。

Grid::Grid(size_t width, size_t height)
    : m_width { width }, m_height { height } {
    m_cells.resize(m_width);
    for (auto& column : m_cells) {
        column.resize(m_height);
    }
}

void Grid::verifyCoordinate(size_t x, size_t y) const {
    if (x >= m_width) {
        throw std::out_of_range { std::format("{} must be less than {}.", x, m_width) };
    }
    if (y >= m_height) {
        throw std::out_of_range { std::format("{} must be less than {}.", y, m_height) };
    }
}

const std::optional& Grid::at(size_t x, size_t y) const {
    verifyCoordinate(x, y);
    return m_cells[x][y];
}

std::optional& Grid::at(size_t x, size_t y) {
    return const_cast&>(std::as_const(*this).at(x, y));
}

二、從類模板派生

派生自類模板

您可以從類模板繼承。如果派生類從模板本身繼承，它也必須是一個(gè)模板。另外，您可以從類模板的特定實(shí)例繼承，在這種情況下，您的派生類不需要是一個(gè)模板。

作為前者的一個(gè)例子，假設(shè)您決定通用的 Grid 類沒(méi)有提供足夠的功能來(lái)用作游戲棋盤。具體來(lái)說(shuō)，您希望為游戲棋盤添加一個(gè) move() 方法，將棋子從棋盤上的一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置。以下是 GameBoard 模板的類定義：

import grid;

export template 
class GameBoard : public Grid {
public:
    explicit GameBoard(size_t width = Grid::DefaultWidth, size_t height = Grid::DefaultHeight);
    void move(size_t xSrc, size_t ySrc, size_t xDest, size_t yDest);
};

這個(gè) GameBoard 模板派生自 Grid 模板，從而繼承了所有其功能。您不需要重寫 at()、getHeight() 或任何其他方法。您也不需要添加拷貝構(gòu)造函數(shù)、operator= 或析構(gòu)函數(shù)，因?yàn)槟?GameBoard 中沒(méi)有任何動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存。繼承語(yǔ)法看起來(lái)很正常，除了基類是 Grid，而不是 Grid。這種語(yǔ)法的原因是 GameBoard 模板并不真正從通用的 Grid 模板派生。相反，GameBoard 模板的每個(gè)實(shí)例化都派生自相同類型的 Grid 實(shí)例化。

例如，如果您使用 ChessPiece 類型實(shí)例化一個(gè) GameBoard，那么編譯器也會(huì)為 Grid 生成代碼。: public Grid 語(yǔ)法表示這個(gè)類繼承自對(duì)于 T 類型參數(shù)有意義的任何 Grid 實(shí)例化。請(qǐng)注意，盡管一些編譯器不強(qiáng)制執(zhí)行，但 C++ 名稱查找規(guī)則要求您使用 this 指針或 Grid:: 來(lái)引用基類模板中的數(shù)據(jù)成員和方法。因此，我們使用 Grid::DefaultWidth 而不是僅僅使用 DefaultWidth。以下是構(gòu)造函數(shù)和 move() 方法的實(shí)現(xiàn)：

template 
GameBoard::GameBoard(size_t width, size_t height) : Grid { width, height } { }

template 
void GameBoard::move(size_t xSrc, size_t ySrc, size_t xDest, size_t yDest) {
    Grid::at(xDest, yDest) = std::move(Grid::at(xSrc, ySrc));
    Grid::at(xSrc, ySrc).reset(); // 重置源單元
    // 或者：
    // this->at(xDest, yDest) = std::move(this->at(xSrc, ySrc));
    // this->at(xSrc, ySrc).reset();
}

您可以按以下方式使用 GameBoard 模板：

GameBoard chessboard { 8, 8 };
ChessPiece pawn;
chessBoard.at(0, 0) = pawn;
chessBoard.move(0, 0, 0, 1);

注意：當(dāng)然，如果您想重寫 Grid 中的方法，您必須在 Grid 類模板中將它們標(biāo)記為虛擬的。

三、繼承與特化

特性	繼承	特化
代碼復(fù)用？	是：派生類包含所有基類的數(shù)據(jù)成員和方法。	否：您必須在特化中重寫所有所需代碼。
名稱復(fù)用？	否：派生類名稱必須與基類名稱不同。	是：特化必須與原始模板具有相同的名稱。
支持多態(tài)性？	是：派生類的對(duì)象可以代替基類的對(duì)象。	否：每個(gè)類型的模板實(shí)例化都是不同的類型。

注意：使用繼承來(lái)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)多態(tài)性。使用特化來(lái)為特定類型定制實(shí)現(xiàn)。

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