クラステンプレートの部分的特殊化 (C++)

[アーティクル]
10/12/2023

クラステンプレートは部分的に特殊化されており、結果として生成されるクラスはテンプレートのままです。部分的特殊化により、次のような状況で、特定の型に対してテンプレートコードを部分的にカスタマイズできます。

テンプレートには複数の型があり、そのうちの一部だけを特殊化する必要があります。結果は、残りの型でパラメーター化されたテンプレートです。
テンプレートには型は 1 つだけですが、特殊化は、ポインター、参照、メンバーへのポインター、または関数ポインターの型に必要です。特殊化自体は、ポイントまたは参照される型のテンプレートです。

例: クラステンプレートの部分的特殊化

// partial_specialization_of_class_templates.cpp
#include <stdio.h>

template <class T> struct PTS {
   enum {
      IsPointer = 0,
      IsPointerToDataMember = 0
   };
};

template <class T> struct PTS<T*> {
   enum {
      IsPointer = 1,
      IsPointerToDataMember = 0
   };
};

template <class T, class U> struct PTS<T U::*> {
   enum {
      IsPointer = 0,
      IsPointerToDataMember = 1
   };
};

struct S{};

int main() {
   printf_s("PTS<S>::IsPointer == %d \nPTS<S>::IsPointerToDataMember == %d\n",
           PTS<S>::IsPointer, PTS<S>:: IsPointerToDataMember);
   printf_s("PTS<S*>::IsPointer == %d \nPTS<S*>::IsPointerToDataMember == %d\n"
           , PTS<S*>::IsPointer, PTS<S*>:: IsPointerToDataMember);
   printf_s("PTS<int S::*>::IsPointer == %d \nPTS"
           "<int S::*>::IsPointerToDataMember == %d\n",
           PTS<int S::*>::IsPointer, PTS<int S::*>::
           IsPointerToDataMember);
}

PTS<S>::IsPointer == 0 
PTS<S>::IsPointerToDataMember == 0
PTS<S*>::IsPointer == 1 
PTS<S*>::IsPointerToDataMember == 0
PTS<int S::*>::IsPointer == 0 
PTS<int S::*>::IsPointerToDataMember == 1

例: ポインター型の部分的特殊化

型 T を受け取るテンプレートのコレクションクラスがある場合、ポインター型 T* を受け取る部分的特殊化を作成できます。次のコードは、コレクションクラステンプレート Bag と、配列にコピーする前にコレクションがポインター型を逆参照するポインター型の部分的特殊化を示します。次に、コレクションは、指されている値を格納します。元のテンプレートでは、ポインター自体だけがコレクションに格納され、データは削除や変更の危険性がある状態のままにされます。コレクションのこの特殊なポインターバージョンでは、add メソッドの null ポインターを確認するコードが追加されます。

// partial_specialization_of_class_templates2.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
using namespace std;

// Original template collection class.
template <class T> class Bag {
   T* elem;
   int size;
   int max_size;

public:
   Bag() : elem(0), size(0), max_size(1) {}
   void add(T t) {
      T* tmp;
      if (size + 1 >= max_size) {
         max_size *= 2;
         tmp = new T [max_size];
         for (int i = 0; i < size; i++)
            tmp[i] = elem[i];
         tmp[size++] = t;
         delete[] elem;
         elem = tmp;
      }
      else
         elem[size++] = t;
   }

   void print() {
      for (int i = 0; i < size; i++)
         cout << elem[i] << " ";
      cout << endl;
   }
};

// Template partial specialization for pointer types.
// The collection has been modified to check for NULL
// and store types pointed to.
template <class T> class Bag<T*> {
   T* elem;
   int size;
   int max_size;

public:
   Bag() : elem(0), size(0), max_size(1) {}
   void add(T* t) {
      T* tmp;
      if (t == NULL) {   // Check for NULL
         cout << "Null pointer!" << endl;
         return;
      }

      if (size + 1 >= max_size) {
         max_size *= 2;
         tmp = new T [max_size];
         for (int i = 0; i < size; i++)
            tmp[i] = elem[i];
         tmp[size++] = *t;  // Dereference
         delete[] elem;
         elem = tmp;
      }
      else
         elem[size++] = *t; // Dereference
   }

   void print() {
      for (int i = 0; i < size; i++)
         cout << elem[i] << " ";
      cout << endl;
   }
};

int main() {
   Bag<int> xi;
   Bag<char> xc;
   Bag<int*> xp; // Uses partial specialization for pointer types.

   xi.add(10);
   xi.add(9);
   xi.add(8);
   xi.print();

   xc.add('a');
   xc.add('b');
   xc.add('c');
   xc.print();

   int i = 3, j = 87, *p = new int[2];
   *p = 8;
   *(p + 1) = 100;
   xp.add(&i);
   xp.add(&j);
   xp.add(p);
   xp.add(p + 1);
   delete[] p;
   p = NULL;
   xp.add(p);
   xp.print();
}

10 9 8
a b c
Null pointer!
3 87 8 100

例: 1 つの型が `int` になるように部分特殊化を定義する

次の例では、2 つの型のペアを受け取り、型の 1 つが int になるように、特殊化されたそのテンプレートクラスの部分的特殊化を定義するテンプレートクラスを定義しています。特殊化では、整数に基づく単純なバブル並べ替えを実装する追加の並べ替えメソッドを定義します。

// partial_specialization_of_class_templates3.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
using namespace std;

template <class Key, class Value> class Dictionary {
   Key* keys;
   Value* values;
   int size;
   int max_size;
public:
   Dictionary(int initial_size) :  size(0) {
      max_size = 1;
      while (initial_size >= max_size)
         max_size *= 2;
      keys = new Key[max_size];
      values = new Value[max_size];
   }
   void add(Key key, Value value) {
      Key* tmpKey;
      Value* tmpVal;
      if (size + 1 >= max_size) {
         max_size *= 2;
         tmpKey = new Key [max_size];
         tmpVal = new Value [max_size];
         for (int i = 0; i < size; i++) {
            tmpKey[i] = keys[i];
            tmpVal[i] = values[i];
         }
         tmpKey[size] = key;
         tmpVal[size] = value;
         delete[] keys;
         delete[] values;
         keys = tmpKey;
         values = tmpVal;
      }
      else {
         keys[size] = key;
         values[size] = value;
      }
      size++;
   }

   void print() {
      for (int i = 0; i < size; i++)
         cout << "{" << keys[i] << ", " << values[i] << "}" << endl;
   }
};

// Template partial specialization: Key is specified to be int.
template <class Value> class Dictionary<int, Value> {
   int* keys;
   Value* values;
   int size;
   int max_size;
public:
   Dictionary(int initial_size) :  size(0) {
      max_size = 1;
      while (initial_size >= max_size)
         max_size *= 2;
      keys = new int[max_size];
      values = new Value[max_size];
   }
   void add(int key, Value value) {
      int* tmpKey;
      Value* tmpVal;
      if (size + 1 >= max_size) {
         max_size *= 2;
         tmpKey = new int [max_size];
         tmpVal = new Value [max_size];
         for (int i = 0; i < size; i++) {
            tmpKey[i] = keys[i];
            tmpVal[i] = values[i];
         }
         tmpKey[size] = key;
         tmpVal[size] = value;
         delete[] keys;
         delete[] values;
         keys = tmpKey;
         values = tmpVal;
      }
      else {
         keys[size] = key;
         values[size] = value;
      }
      size++;
   }

   void sort() {
      // Sort method is defined.
      int smallest = 0;
      for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
         for (int j = i; j < size; j++) {
            if (keys[j] < keys[smallest])
               smallest = j;
         }
         swap(keys[i], keys[smallest]);
         swap(values[i], values[smallest]);
      }
   }

   void print() {
      for (int i = 0; i < size; i++)
         cout << "{" << keys[i] << ", " << values[i] << "}" << endl;
   }
};

int main() {
   Dictionary<const char*, const char*> dict(10);
   dict.print();
   dict.add("apple", "fruit");
   dict.add("banana", "fruit");
   dict.add("dog", "animal");
   dict.print();

   Dictionary<int, const char*> dict_specialized(10);
   dict_specialized.print();
   dict_specialized.add(100, "apple");
   dict_specialized.add(101, "banana");
   dict_specialized.add(103, "dog");
   dict_specialized.add(89, "cat");
   dict_specialized.print();
   dict_specialized.sort();
   cout << endl << "Sorted list:" << endl;
   dict_specialized.print();
}

{apple, fruit}
{banana, fruit}
{dog, animal}
{100, apple}
{101, banana}
{103, dog}
{89, cat}

Sorted list:
{89, cat}
{100, apple}
{101, banana}
{103, dog}

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