C++模板是一种强大的泛型编程机制,无论是函数模板还是类模板,都在编译期进行实例化。这意味着编译器会为每个不同的模板参数类型生成对应的代码。这种机制被称为"静态多态",区别于虚函数的"动态多态"。(这也是一个考点)
编译时实例化
模板函数和模板类在编译时被实例化。这意味着编译器会根据模板参数生成具体的函数或类。例如
当我们在代码中使用 add 函数时,编译器会生成具体的函数实例:
编译器会在编译时生成这两个具体的函数实例
静态类型检查
由于模板在编译时实例化,那么编译器自然可以在编译时进行静态类型检查。这确保了模板实例化后的代码是类型安全的。例如:
编译器会在编译时检测到类型不匹配的错误,并生成编译错误。
模版实例化技术细节
代码膨胀:
由于每个不同的模板参数类型都会生成一份独立的代码,这可能导致可执行文件大小增加。例如:
延迟实例化:
模板代码只有在被使用时才会实例化,这是一种优化机制
性能优化
模板的编译期实例化有几个重要的性能优势:
零运行时开销:由于所有的类型检查和代码生成都在编译期完成,运行时不需要额外的类型判断。
内联优化:编译器可以更容易地对模板代码进行内联优化。
模版元编程
模板元编程(Template Metaprogramming, TMP)是一种编程范式,它利用C++模板在编译期进行计算和类型操作。本质上是一种"编译期编程",让编译器帮我们完成计算,生成代码。
总结
C++模板的实例化是一个纯粹的编译期行为,这为C++提供了强大的静态多态能力和零运行时开销的泛型编程支持。