C++ 模板元编程系列专题 2：模板特化的概念从何而来

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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：

上述函数实现了一个 uint8_t 和 uint8_t 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：

但是这里有两个难点：

有人说， 重载 、 虚函数 也能解决如上问题：

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：

没错，但是如果我还有 uint9_t、uint10_t 等各种类型的加法运算呢？Anyway，不 管是哪种方法都很难避免 if/else 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。

我们先来看看一个模板的例子：

那么当传入两个不同类型的变量，或者不是 in t 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：

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（Partial Specialization）”，后者也叫“偏特化”。

1.0 版本 - 伪代码

2.0 版本 - 函数重载

3.0 版本 - 纯模板

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

解释：

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。

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。