C++泛型类模板特化后成员变量与方法的使用疑问

问题背景 #

现有两个文件a.h和a.cpp，代码如下：

a.h 中的泛型类模板 #

//File a.h
template< typename V, typename C >
class Example{
public:   
    void foo(void){
        // 使用类的私有成员变量
        gmp = new C;
        tmp = new V;
        tmp->something(...);
    }

private:
    V tmp;
    C gmp;
};

a.cpp 中的部分特化类 #

//File a.cpp
template< typename C >
class Example<int, C>{
    // 希望复用泛型版本的foo方法，不在此重新定义
    // 尝试定义fun()，期望使用泛型Example类中的gmp变量
    void fun(void){
        print(gmp);
        print(tmp);
    }

private:
    int tmp;
};

疑问解答 #

1. 泛型类的foo方法会使用哪个tmp变量？ #

泛型类Example<V,C>的foo方法只会访问自身私有成员里的V tmp。你在a.cpp中定义的是部分特化类Example<int,C>，它和原泛型模板是完全独立的类型，两者不存在成员共享或互相影响的关系——泛型模板的代码根本不知道特化类的存在，自然只会访问自己的成员。

另外注意：你代码里的foo有编译错误——tmp是V类型的对象，但你写了tmp = new V;，这是把指针赋值给非指针类型，必须修正（比如改成tmp = V();，或者把成员类型改成V* tmp;）。

2. 特化类的fun方法能否使用泛型类中的gmp变量？ #

不能。部分特化的Example<int,C>是全新的类定义，它和原泛型模板没有继承关系，也不会自动继承原模板的成员。特化类里只声明了int tmp，没有gmp成员，直接写print(gmp)会触发编译错误，编译器找不到这个变量。

3. 如何让fun方法使用gmp变量，以及泛型类中的V类型tmp变量？ #

要实现这个需求，有两种可行方案：

方案一：让特化类继承泛型模板

通过继承让特化类获得原模板的成员，同时调整访问权限或声明友元来访问私有成员：

修改a.h的泛型类：

//File a.h
template< typename V, typename C >
class Example{
    // 声明特化类为友元，允许它访问私有成员
    template<typename> friend class Example;
public:   
    void foo(void){
        // 修正指针赋值问题（以对象类型为例）
        tmp = V();
        gmp = C();
    }

protected: // 或者保持private+友元声明
    V tmp;
    C gmp;
};

修改a.cpp的特化类：

//File a.cpp
template< typename C >
class Example<int, C> : public ::Example<int, C>{
public:
    // 引入泛型类的foo方法到当前作用域
    using ::Example<int,C>::foo;

    void fun(void){
        print(gmp); // 直接访问继承来的gmp
        print(this->tmp); // 访问继承来的int tmp，若特化类有同名成员需用this->区分
    }

private:
    // 若不需要特化类自己的tmp，可删除；若保留需改名避免冲突，比如int local_tmp;
    // int tmp;
};

方案二：抽离公共逻辑到独立模板函数，特化类显式声明成员

把原模板foo的逻辑抽成独立函数，特化类自己声明所需成员并复用该逻辑：

修改a.h：

//File a.h
template<typename V, typename C>
void example_foo(Example<V,C>* obj){
    // 复用原foo的逻辑
    obj->tmp = V();
    obj->gmp = C();
}

template< typename V, typename C >
class Example{
public:   
    void foo(void){
        example_foo(this);
    }

private:
    V tmp;
    C gmp;
    // 让外部函数能访问私有成员
    template<typename, typename> friend void example_foo(Example<V,C>*);
};

修改a.cpp的特化类：

//File a.cpp
template< typename C >
class Example<int, C>{
public:
    // 复用泛型的foo逻辑
    void foo(void){
        example_foo(this);
    }

    void fun(void){
        print(gmp); // 特化类自己声明的gmp成员
        print(tmp); // 特化类自己的int tmp（对应原模板的V类型tmp，此处V=int）
    }

private:
    int tmp;
    C gmp; // 显式声明gmp成员
};

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Daniele Caliandro