C++模板 - 成员函数的部分特化

Question

我正在尝试根据模板参数将某些几何函数特化为2D或3D。最好如果我包含一些（非常不完整的）用于玩具版本问题的代码：

template <typename T, int d>
class Point
{
public:
    int x;
    int y;
    int z;

    T add ()
    {
        return T(0);
    }

    template <>
    T add <T, 2> ()
    {
        return x + y;
    }

    template <>
    T add <T, 3> ()
    {
        return x + y + z;
    }
};

这段代码无法编译。我尝试了很多不同的模板参数格式和类定义，但无法找到一种方法来对“d”进行函数专门化，同时保持“T”的通用性。

在我的实际解决方案中，我正在尝试计算梯度、曲率、插值等针对2D或3D情况的特定内容。有些东西，比如梯度计算，可以简单地使用“d”参数来限制for循环迭代。而其他一些，比如插值，需要为2D和3D分别提供一个函数。

任何提示都非常感谢！

- Dave

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模板参数 T 用于什么？它是否应该是您的坐标类型？如果是这样，为什么 x、y、z 被声明为 int 而不是类型 T? - Vaughn Cato

只是为了澄清一下：不存在所谓的“模板特化”，你想要的是“模板重载”。 - user1849534

@Vaughn：这个简单的玩具问题源于我需要一个二维或三维网格，可以在每个网格点上包含任意类型的值（尽管通常只是int、float或double）。因此，x、y（，z）作为坐标，T作为该坐标处值的类型。 - Dave

Answer 1

我建议采用以下解决方案：

template <typename T, int d> 
class Point : public Point<T, d-1>
{
   typedef Point<T, d-1> base;
   T m_value;
public:
    T add()
    {
        return m_value + base::add();
    }   

    //another method which returns you the point value
    template<int N>
    T get()
    {
       return N==d ? m_value : base::get<N>();
    }
};

template <typename T>
class Point<T,0>
{
protected:
    T add()
    {
        return T(); //default value which is zero for all builtin types
    }
    template<int N>
    T get() { return T(); }

};

使用这个解决方案，您可以拥有任意多的点，但必须大于零。

Point<int,1> p1;  //contains 1 point
Point<int,2> p2;  //contains 2 points
Point<int,3> p3;  //contains 3 points
Point<int,4> p4;  //contains 4 points
Point<int,5> p5;  //contains 5 points

auto x1 = p5.get<1>(); //get first point
auto x3 = p5.get<3>(); //get third point
auto x4 = p5.get<4>(); //get fourth point

或者出于方便，可以使用以下typedef：

typedef Point<int,2> Point2D;
typedef Point<int,3> Point3D;

//then use them
Point2D p2d;
Point3D p3d;

这只是一个基本的想法，可以进一步增强，支持许多有用的功能。我只是写了get<>来演示一个似乎很有用的功能。

- Nawaz

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更好的方法。唯一的缺点是成员失去了有意义的名称。 - K-ballo

@K-ballo: 你可以随时使用 enable_if<> 在 d==1, d==2, ... 条件下有条件地添加 getX(), getY() 等等。 - Ben Jackson

@Ben Jackson：你不能使用enable_if来限制getX()，因为那里没有模板参数。如果我们要这样做，我更喜欢get<0>。 - K-ballo

@Nawaz：我认为get<1>更好地表示通用的getY()，而不是getX() ;) - K-ballo

哈哈，我喜欢这个，非常巧妙！它解决了我上面玩具问题中的非常特殊的情况。将我的问题简化为一个玩具问题的想法只是为了突出一个事实，即我不知道如何在单个模板参数上进行成员函数特化，同时保持其他参数通用。Vaughn的解决方案更接近我实际想要的，只是它需要对整个类进行特化，而不仅仅是一些函数。 - Dave

Answer 2

以下是您的示例可能的工作方式。首先，您需要声明主模板：

template <typename T, int d> class Point;

不需要定义它，因为您没有通用实现。

接下来，您将为不同数量的维度创建部分特化，但您的部分特化仍将将类型T作为模板参数：

template <typename T>
class Point<T,2>
{
public:
    T x;
    T y;

    T add()
    {
        return x + y;
    }
};

template <typename T>
class Point<T,3>
{
public:
    T x;
    T y;
    T z;

    T add()
    {
        return x + y + z;
    }
};

- Vaughn Cato

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好的，唯一的问题是如果我想要在专用（或重写）函数旁边拥有通用函数，我该怎么做？我不想专门化整个类，当只有几个函数实际上是不同的。 - Dave

@Dave：一种方法是拥有一个派生类（Derived Class），其中包含通用函数但没有特化，然后使其从一个具有特化的基类（Base Class）继承。 - Vaughn Cato

我怀疑我可能不得不使用子类化而不是模板特化。好的，那么，我想我已经得到了答案。 - Dave