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一、类模板

web 2025/7/6 23:55:20

一、类模板的特化（Specialization）

作用

当模板参数为特定类型时，希望自定义模板的实现（如特殊算法、优化逻辑），此时需使用特化。
嵌入式场景：处理硬件寄存器（如 volatile unsigned int）、特定架构数据类型（如 ARM 平台的 uint32_t）时，可能需要特化模板适配硬件特性。

6.1 类模板全特化（Full Specialization）

定义：将模板参数完全指定为具体类型，特化后的类是一个完全确定的类型。
语法：

cpp

// 原始模板
template <typename T>
class MyClass {
public:void func();
};// 全特化（T = int）
template <>  // 空模板参数列表
class MyClass<int> {  // 尖括号指定具体类型
public:void func() { /* 特化实现 */ }  // 成员函数必须在类内定义
};

注意：

全特化需在 template 后加 <>, 尖括号内指定具体类型。
特化类的成员函数必须定义在类内部（不能分离定义），因为特化类已失去模板特性。

记忆技巧：
✅ 全特化 = 模板参数全固定（如 T=int），语法重点在 template <> 和类型明确化。

6.2 类模板偏特化（Partial Specialization）

定义：部分指定模板参数（参数个数或范围特化），保留部分模板特性。
常见形式：

参数个数偏特化（原始模板有多个参数，特化部分参数）

cpp

template <typename T1, typename T2>
class MyClass { /* ... */ };// 偏特化：固定 T2 = int，T1 保留模板特性
template <typename T1>  // 仅保留未特化的参数
class MyClass<T1, int> { /* ... */ };

参数范围偏特化（针对指针、引用等类型特化）

cpp

template <typename T>
class MyClass { /* ... */ };// 偏特化：T 为指针类型
template <typename T>
class MyClass<T*> { /* 处理指针的逻辑 */ };

语法要点：

偏特化模板参数列表需包含未特化的参数（如 template <typename T1>）。
尖括号内混合具体类型和未特化参数（如 <T1, int>）。

记忆技巧：
✅ 偏特化 = 部分参数固定，保留灵活性，语法上 “留一半，特化一半”。

二、类模板的继承问题

场景

在嵌入式框架中，常通过模板实现通用组件（如驱动层模板），继承时需处理模板参数的传递。

7.1 普通类继承自类模板

定义：一个普通类（非模板类）继承自类模板，需为模板参数指定具体类型。
语法：

cpp

template <typename T>
class Base {
public:T data;
};// 普通类 Derived 继承自 Base<int>
class Derived : public Base<int> {  // 直接指定模板参数为 int
public:void print() { cout << data << endl; }
};

注意：

基类模板的参数被固定为具体类型（如 int），派生类成为普通类。
适用于需要固定模板参数的场景（如硬件寄存器类型固定为 uint32_t）。

记忆技巧：
✅ 普通类继承 = 模板参数落地，基类变为具体类型，派生类无模板特性。

7.2 类模板继承自类模板

定义：派生类本身是模板类，继承时可复用基类模板的参数，或重新定义参数。
语法：

cpp

// 基类模板
template <typename T>
class Base {
public:T data;
};// 派生类模板继承基类模板（复用参数 T）
template <typename T>
class Derived : public Base<T> {  // 直接使用基类的模板参数 T
public:void set(T val) { data = val; }
};// 或：派生类模板指定新参数（如基类参数为 U，派生类参数为 T）
template <typename T, typename U>
class Derived2 : public Base<U> {  // 基类参数为 U，派生类参数包含 T 和 U
public:T other_data;
};

注意：

派生类可继承基类的模板参数（如 Derived<T> : Base<T>），或引入新参数（如 Derived<T,U> : Base<U>）。
适用于构建层次化模板组件（如驱动模板继承自硬件抽象层模板）。

记忆技巧：
✅ 模板继承模板 = 参数联动，派生类可 “继承” 基类参数或扩展参数，保持模板特性。

三、嵌入式面试高频问题与回答示例

Q1：类模板全特化和偏特化的区别是什么？

回答：

全特化：模板参数完全指定（如 T=int），特化类是完全确定的类型，成员函数必须定义在类内。
偏特化：部分参数固定（如保留一个参数，特化另一个），或针对类型范围（如指针）特化，保留模板灵活性。
举例：处理 uint32_t* 指针时用偏特化，处理 int 类型时用全特化。

Q2：为什么类模板特化的成员函数必须定义在类内？

回答：
特化类已失去模板特性，本质是一个具体类。若成员函数分离定义，编译器无法通过模板语法识别，因此必须在类内直接实现。

Q3：如何设计一个模板类继承自另一个模板类？

回答：

若派生类也是模板类，可直接继承基类模板参数（如 template <T> class Derived : public Base<T>）。
若需扩展参数，可引入新类型（如 template <T,U> class Derived : public Base<U>）。
嵌入式场景：设计通用外设驱动模板（基类），具体驱动类（派生类）继承并适配不同寄存器类型。

四、语法速记表

知识点	关键语法	示例
全特化	`template <> class MyClass<Type> { ... }`	`template <> class MyClass<int> { void func(); }`
偏特化（参数个数）	`template <typename T1> class MyClass<T1, Type> { ... }`	`template <T> class MyClass<T, int> { ... }`
偏特化（指针）	`template <typename T> class MyClass<T*> { ... }`	`template <T> class MyClass<T*> { void process_ptr(); }`
普通类继承模板	`class Derived : public Base<int>`	`class ADC_Driver : public Device<uint32_t>`
模板继承模板	`template <T> class Derived : public Base<T>`	`template <T> class SPI_Driver : public Peripheral<T>`