C模板元编程系列专题2模板特化的概念从何而来

　　0。前言
　　C里的模板能做什么呢？它好比C语言中的宏、C和Java中的自省（restropection）和反射（reflection），是C语言的外延。更极端一点地理解：它是一门新的图灵完备的编程语言（也就是说，C模板能实现图灵机模型里的全部功能）。在《ModernCDesign》中，作者抛出了以下几个问题：
　　（1）如何撰写更高级的C程式？
　　（2）如何应付即使在很干净的设计中仍然像雪崩一样的不相干细节？
　　（3）如何构建可复用组件，使得每次在不同程式中应用组件时无需大动干戈？
　　解决上述问题的方法就是模板元编程。元（meta）本身就是个很抽象（abstract）的词，因为它的本意就是抽象。元编程，也可以说就是编程的抽象。用更好理解的说法，元编程意味着你撰写一段程序A，程序A会运行后生成另外一个程序B，程序B才是真正实现功能的程序。那么这个时候程序A可以称作程序B的元程序，撰写程序A的过程，就称之为元编程。
　　C中，元编程的手段，可以是宏，也可以是模板。
　　在继续阅读下面的内容之前，请先回顾下我之前的文章：
　　C类模板和实例化
　　C性能优化系列专题1：优化string的使用（上）
　　C模板元编程系列专题1：入门1、为什么需要泛型编程：从宏到模板，再到元编程
　　如果元编程中所有的变量（或者说元编程的参数），都是类型，那么这样的编程，我们有个特定的称呼，叫泛型。
　　模板的发明，仅仅是为了做和宏几乎一样的替换工作吗？可以说是，也可以说不是。
　　一方面，模板可以用来替换类型，这点和宏没什么区别。只是宏在编译阶段基于文本做纯粹替换，被替换的文本本身没有任何语义。而模板会在分析模板时以及实例化模板的时候都会进行检查，而且源代码中也能与调试符号一一对应，所以无论是编译时还是运行时，排错都相对简单。
　　另一方面，模板和宏也有很大的不同，模板最大的不同在于它是可以运算的。我们来看一个例子：voidAdd（uint8t，unit8t）｛｝
　　上述函数实现了一个uint8t和uint8t类型的加法运算，如果现在要实现int16和int16类型的加法运算，该怎么办呢？简单点的方法如下：if（type8）｛Add（uint8t，uint8t）｝elseif（type16）｛Add（uint16t，uint16t）｝
　　但是这里有两个难点：首先，if（typex）是不存在于C中的其次，即便存在获取变量type的方法（Boost。Any中的typeid），我们也不希望它在运行时判断，这样会变得很慢。是否可以不引入ifelse，在编译期就把Add的方法确定呢？
　　有人说，重载、虚函数也能解决如上问题：voidAdd（uint8t，uint8t）｛｝voidAdd（uint16t，uint16t）｛｝
　　甚至在C语言中定义新的结构体Variant或使用void也能解决该问题：structVariant｛union｛uint8x；uint16y；｝uint32ttypeId；｝；
　　没错，但是如果我还有uint9t、uint10t等各种类型的加法运算呢？Anyway，不管是哪种方法都很难避免ifelse的存在。
　　模板与上述这些方法最大的区别在于：模板无论其参数或者是类型，它都是一个编译期分派的方法。编译期就能确定的东西既可以做类型检查，编译器也能进行优化，砍掉任何不必要的代码执行路径。2、类模板的特化：模板世界里的ifelse2。1根据类型执行代码
　　我们先来看看一个模板的例子：templatetypenameTTAddFloatOrMulInt（Ta，Tb）；我们希望这个函数在T是float的时候做加法运算，在T是int类型的时候做乘法运算
　　那么当传入两个不同类型的变量，或者不是int和float变量，编译器就会提示错误。
　　从能力上来看，模板能做的事情都是编译期完成的。编译期完成的意思就是，当你编译一个程序的时候，所有的量就都已经确定了。比如下面的例子：inta3，b5；VariantaVar，bVaVar。setInt（a）；我们新加上的方法，怎么实现的无所谓，大家明白意思就行了。bVar。setInt（b）；VariantresultAddFloatOrMulInt（aVar，bVar）；
　　从上述代码中我们可以看到：aVar和bVar都一定会是整数。所以如果有合适的机制，编译器就能知道此处的AddFloatOrMulInt中只需要执行int路径上的代码，而且编译器在此处也能单独为int路径生成代码，从而去掉那个不必要的if。在模板代码中，这个合适的机制就是指特化和部分特化（PartialSpecialization），后者也叫偏特化。2。2、如何写模板特化的代码
　　1。0版本伪代码intfloatAddFloatOrMulInt（a，b）类的静态函数｛if（typeisint）｛｝elseif（typeisfloat）｛｝｝voidfoo（）｛floata，b，c；caddFloatOrMulInt（a，b）；intx，y，z；zaddFloatOrMulInt（x，y）；｝
　　2。0版本函数重载floatAddFloatOrMulInt（floata，floatb）｛｝intAddFloatOrMulIntDo（inta，intb）｛｝voidfoo（）｛floata，b，c；cAddFloatOrMulInt（a，b）；intx，y，z；zAddFloatOrMulInt（x，y）；｝
　　3。0版本纯模板这个是给float用的。templatetypenameTclassAddFloatOrMulInt｛TDo（Ta，Tb）｛｝｝；这个是给int用的。templatetypenameTclassAddFloatOrMulInt｛TDo（Ta，Tb）｛｝｝；voidfoo（）｛floata，b，c；我们需要cAddFloatOrMulIntfloat：：Do（a，b）；。。。觉得哪里不对劲。。。啊！有两个AddFloatOrMulInt，class看起来一模一样，要怎么区分呢！｝
　　好吧，问题来了！如何要让两个内容不同，但是模板参数形式相同的类进行区分呢？特化！特化（specialization）是根据一个或多个特殊的整数或类型，给出模板实例化时的一个指定内容。
　　4。0版本模板特化首先，要写出模板的一般形式（原型，即初始化，不能省）templatetypenameTclassAddFloatOrMulInt｛staticTDo（Ta，Tb）注意这里必须得是静态方法！！！｛returnT（0）；｝｝；其次，我们要指定T是float时候的代码：templateclassAddFloatOrMulIntfloat｛public：staticfloatDo（floata，floatb）｛｝｝；再次，我们要指定T是int时候的代码，这就是特化：templateclassAddFloatOrMulIntint｛public：staticintDo（inta，intb）｛｝｝；intfoo（）｛returnAddFloatOrMulIntfloat：：Do（1。0，2。0）；｝intmain（）｛std：：coutfoo（）；输出结果3。0｝
　　解释：我们这个模板的基本形式是什么？templatetypenameTclassAddFloatOrMulI但是这个类，是给T是int的时候用的，于是我们写作classAddFloatOrMulI当然，这里编译是通不过的。但是它又不是个普通类，而是类模板的一个特化（特例）。所以前面要加模板关键字template，以及模板参数列表template这里要填什么？classAddFloatOrMulI最后，模板参数列表里面填什么？因为原型的T已经被int取代了。所以这里就不能也不需要放任何额外的参数了。所以这里放空。templateclassAddFloatOrMulIntint｛。。。针对int的实现。。。｝Done！
　　至此，第一个模板特化的代码已经写完了。这里的AddFloatOrMulInt如同是一个函数，却只能在编译期间执行。如果你体味到了这一点，那么恭喜你，你的模板元编程已经开悟了。3、总结
　　本文核心只讲了两个问题：一是为什么需要泛型编程，重点介绍了宏、模板和元编程的关系；二是模板类的特化代码如何编写。关于特化，还有很多细节知识，在之后的文章中我们继续探究，另外将还介绍偏特化等知识点，敬请期待。