泛型

[TOC]

1. 函数模板

template <class T>
void swap(T& a, T& b)
{
    /*...*/
}

template <class T>和template <typename T>效果一样。

函数模板，就是建立一个通用函数，其函数类型和形参类型不具体指定，只用一个虚拟的类型T来表示。

在调用时，类型T就会被调用时所给的类型代替。

2. 类模板

模板类本身不是真正的类，只有当指定具体类型参数（如CVSAgent<MyConfig>）时，编译器才会生成一个“真正的类”（称为模板实例）。

模板使用方法与注意点

通过 CVSAgent 与 CTKTwoBuf 这两个类，我们可以学习 C++ 模板的以下知识点：

1. 模板的基本定义

// 类模板定义
template <class TYPE, class TYPE_SVR>
class CTKTwoBuf {
    // 类成员定义...
};

// 使用时需要指定模板参数
CTKTwoBuf<UserConfig, UserService> configBuf;

注意点：

• 模板参数使用class或typename关键字声明，两者在大多数情况下可以互换
• 类模板的成员函数通常需要在头文件中实现，而不是单独的.cpp文件
• 使用模板类时必须显式指定模板参数类型

2. 模板类中的类型别名

// CTKTwoBuf中的函数指针别名
typedef BOOL(TYPE_SVR::*TKUPDATEDICFUNC)(const std::shared_ptr<TYPE>& _pOld, 
                                        std::shared_ptr<TYPE>& _pNew);

// C++11及以上也可以使用using关键字
using TKUPDATEDICFUNC = BOOL(TYPE_SVR::*)(const std::shared_ptr<TYPE>& _pOld, 
                                         std::shared_ptr<TYPE>& _pNew);

注意点：

• 类型别名可以简化复杂类型的使用，特别是函数指针和迭代器类型
• 在模板类中定义的类型别名依赖于模板参数，使用时需要注意模板实例化的类型

3. 模板类的成员函数实现

// 模板类成员函数的实现
template <class TYPE, class TYPE_SVR>
BOOL CTKTwoBuf<TYPE, TYPE_SVR>::Init(TYPE_SVR* _pOwner, TKUPDATEDICFUNC _pUpdateDicFunc) {
    // 函数实现...
}

注意点：

• 每个成员函数定义前都需要加上template <class...>声明
• 模板类的成员函数只有在被使用时才会被编译器实例化
• 成员函数的实现通常放在头文件中，否则可能导致链接错误

4. 模板类的静态成员

// 模板类中静态成员的声明
template <class TYPE>
class CVSAgent {
private:
    static CVSAgent<TYPE>* m_pthis;
    // ...
};

// 模板类静态成员的定义
template <class TYPE>
CVSAgent<TYPE>* CVSAgent<TYPE>::m_pthis = nullptr;

注意点：

• 每个模板实例化类型都有自己的静态成员实例
• 静态成员需要在类外定义，并且要加上模板参数声明
• 静态成员可以用于实现模板类的单例模式

5. 模板的特化

虽然这两个类没有使用模板特化，但这是一个重要的高级特性：

// 通用模板
template <class T>
class MyTemplate {
    // 通用实现
};

// 模板特化
template <>
class MyTemplate<int> {
    // 针对int类型的特殊实现
};

注意点：

• 特化版本必须与通用模板在同一命名空间
• 特化版本可以为特定类型提供优化实现
• 全特化需要指定所有模板参数

6. 使用模板的注意事项

1. 代码膨胀：模板会为每个实例化类型生成独立的代码，可能导致可执行文件变大

2. 编译时间：使用大量模板会增加编译时间，因为编译器需要为每个实例化类型生成代码

3. 错误信息：模板的编译错误信息通常比较冗长和难以理解，需要耐心分析

4. 接口约束：模板类对参数类型有隐含约束，例如 CVSAgent 要求 TYPE 有默认构造函数

5. 分离编译：模板类的声明和实现通常需要放在同一个头文件中，否则会导致链接错误

6. 显式实例化：可以通过显式实例化控制模板生成的代码：

// 显式实例化
template class CTKTwoBuf<UserConfig, UserService>;

通过这两个类的学习，我们可以看到模板是 C++ 中实现泛型编程的强大工具，能够在保证类型安全的同时提供高度的代码复用。CTKTwoBuf 和 CVSAgent 通过模板实现了对任意数据/配置类型的管理，展示了模板在实际项目中的典型应用。

7. 模板类的单例

模板类的单例是指：针对模板类的每个具体实例化类型（即每个不同的模板参数组合），只允许存在一个类对象。这与普通类的单例不同，普通类的单例是整个类只有一个实例，而模板类的单例是“每个类型一个单例”。

1）为什么模板类可以实现单例？

你提到的“模板需要在编译时确定类型”是正确的，但这恰恰是模板类单例的实现基础：

1. 模板的实例化特性：模板类本身不是真正的类，只有当指定具体类型参数（如CVSAgent<MyConfig>）时，编译器才会生成一个“真正的类”（称为模板实例）。

2. 单例与实例绑定：模板类的静态成员（如m_pthis）会为每个实例化类型单独生成一份。例如：

   • CVSAgent<ConfigA>有自己的静态成员m_pthis
   • CVSAgent<ConfigB>有另一份独立的静态成员m_pthis 因此，每个类型的单例是完全隔离的。

2）结合代码理解模板类单例

以CVSAgent为例，其单例实现核心代码：

template <class TYPE>
class CVSAgent {
private:
    static CVSAgent<TYPE>* m_pthis;  // 静态指针，每个TYPE一份
public:
    CVSAgent() {
        if (m_pthis != nullptr) {
            // 如果已有实例，输出警告
            TKWriteLog("警告：旧实例将被覆盖");
        }
        m_pthis = this;  // 当前实例赋值给静态指针
    }
};

// 静态成员初始化：每个TYPE单独初始化
template <class TYPE>
CVSAgent<TYPE>* CVSAgent<TYPE>::m_pthis = nullptr;

效果演示：

// 实例化两个不同类型的CVSAgent
CVSAgent<ConfigA> agentA;  // m_pthis（ConfigA版本）指向agentA
CVSAgent<ConfigB> agentB;  // m_pthis（ConfigB版本）指向agentB
CVSAgent<ConfigA> agentA2; // 触发警告，m_pthis（ConfigA版本）改为指向agentA2

• agentA和agentB是不同类型的实例，各自的m_pthis互不干扰
• agentA和agentA2是同一类型，后者会覆盖前者的单例指针

3）模板类单例的关键特点

1. 类型隔离：不同模板参数生成的类是完全独立的，单例只在同一类型内生效。

2. 编译时确定：单例的数量和类型在编译期就已确定（由模板实例化决定）。

3. 静态成员的特殊性：模板类的静态成员属于“实例化后的类”，而非模板本身。这是实现“每个类型一个单例”的核心机制。

4）模板类单例的使用场景

• 管理不同类型的全局配置（如CVSAgent对每种配置类型单独管理）
• 为不同数据类型提供独立的资源池（如针对int、string的内存池）
• 确保同一类型的工具类全局唯一，同时支持多种类型

5）总结

模板类的单例本质是“为每个模板实例化类型单独维护一个单例”，这既利用了模板的泛型能力（支持多种类型），又通过静态成员的实例化特性（每个类型独立）实现了单例的隔离。这种设计在需要为不同类型提供统一管理逻辑，但又要求每种类型全局唯一的场景中非常实用。

参考文章¹²³⁴⁵⁶

1. C++模板实现之谜：为何只能在头文件中？解密原因与高级分离技术 ↩︎

2. C++泛型编程：解锁代码灵活性的奥秘 ↩︎

3. C++模板–揭示编程的灵活之美 ↩︎

4. 跟我学C++中级篇——函数模板的匹配 ↩︎

5. C++函数模板：掌握返回类型推导的艺术 ↩︎

6. 深入解析template，掌握C++模板的精髓！ ↩︎