Частичная специализация шаблона

Частичная специализация шаблона — механизм языка программирования C++, предназначенный для специализации обобщённых шаблонных классов под конкретные задачи или под конкретное подмножество своих параметризованных типов данных[1]. По мнению американского учёного и создателя C++ Б. Страуструпа специализация шаблонов является эффективным средством предотвращения неконтролируемого разрастания объёмов кода при активном использовании инструментария классов-шаблонов даже при разработке программных проектов умеренного размера. Это связывают с тем, что она не позволяет генерировать избыточные реплики кода под каждый конкретный тип данных, заменяя их более обобщёнными фрагментами кода и вдобавок сокращая время компиляции и компоновки конечного продукта[2].

Явная полная специализация

В C++ явная специализация параметризованного типа данных (шаблона) осуществляется через создание дополнительного класса-шаблона в котором входные параметры первичного класса полностью или частично переопределяются конкретными типами данных[1][3].

Синтаксис такого переопределения выглядит следующим образом[4]: 

template <список входных параметров класса-шаблона>
class|struct|union имя_класса <список аргументов класса-шаблона>

Например[1]: 

// первичный класс
template <typename Window, typename Controller> 
class Widget
{ /* ... реализация параметризованного класса Widget для любого вида окна Window и любого обработчика событий Controller */ }; 

// явная специализация первичного класса
template <>
class Widget <DialogWindow, DialogController>
{ /* ... реализация класса Widget под работу с диалоговым окном DialogWindow и обработчиком событий диалогового окна DialogController */ };

Отмечается, что определения типов данных, содержащиеся в первичном классе, никогда не используются для конкретизации членов его частичной специализации. Однако, кодовая имплементация специализированных версий первичного класса никак с ним не связана и может содержать в себе набор членов, которые не имеют ничего общего с членами первичного класса[4].

На этапе генерирования кода компилятор при поиске подходящего шаблона частично упорядочивает имеющиеся у него варианты специализации первичного класса и выбирает из них наиболее подходящий. Если таковой отсутствует, то компилятором генерируется сообщение об ошибке[4].

Частичная специализация

Частичная специализация шаблона класса определяется как некая конфигурация параметров первичного класса, которая служит аргументом специализированной реализации. Примером такой специализации может служить любой класс-контейнер, реализованный для хранения объектов-указателей[2][5]: 

// первичный класс
template <typename T>
class Vector
{ /* ... реализация класса-контейнера для объектов типа T... */ };
// частичная специализация первичного класса для хранения указателей
template <typename T>
class Vector<T*>
{ /* ... реализация класса-контейнера для указателей на объекты типа T... */ };

В этом случае аргумент-параметр шаблона не является выражением, переданным шаблону в качестве аргумента, а выводится из конструкции аргумента на базе объявленного шаблона первичного класса[2].

Частичная специализация отдельных методов параметризованного класса-шаблона не допускается[1], помимо этого для частичной специализации не предусмотрено использование параметров по умолчанию[5].

Пример

Гибкое использование частичной специализации шаблонов позволяет эффективно выполнять некоторые нетривиальные типы вычислений. Например, достаточно несложная композиция классов может помочь с вычислением структуры (количества размерностей) многомерного массива с элементами заранее неизвестного типа[5]: 

// первичный класс
template<class T> 
struct RankOfArray 
{ static const int value = 0; };
// рекуррентный частично специализированный класс
template<class T, int N> 
struct RankOfArray < T[N] > 
{ static const int value = 1+RankOfArray<T>::value; };

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 4 Alexandrescu A. 2.2 Partial Template Specialization // Modern C++ Design: Generic Programming and Design Patterns Applied. — Addison Wesley, 2001. — P. 22—23. — 352 p. — ISBN 0-201-70431-5.
  2. ↑ 1 2 3 Stroustrup B. 25.3 Specialization // The C++ Programming Language. — 4th edition. — Addison-Wesley, 2013. — P. 730. — ISBN 978-0-321-56384-2.
  3. ↑ Baumann R. 3.1 Explicit specialization // A profound reflection on C++ template mechanism. — Zurich: Swiss Federal Institute of Technology ETH, 2002. — P. 10.
  4. ↑ 1 2 3 Побегайло А. П. 19.5 Частичная специализация шаблона класса // C/C++ для студентов. — БХВ-Петербург, 2006. — С. 265. — 528 с. — (Computers). — ISBN 5-94157-647-1.
  5. ↑ 1 2 3 Baumann R. 3.2 Partial specialization of class template // A profound reflection on C++ template mechanism. — Zurich: Swiss Federal Institute of Technology ETH, 2002. — P. 13.

Ссылки