特化标准库中的类模板

以std::map和std::less作为载体说明如何特化标准库中的类模板。

std::map容器允许提供一个自定义的比较器。默认行为是让std::map使用一个模板类std::less<>，使用<运算符来比较键。如果想存储一个不能使用<进行比较的类型，可以为此类型特化std::less。例如，假设有一个Person类，存储一个人的姓名、年龄。要把一个人存储在一个按照姓名（年龄）排序的std::map中。所需要做的就是编写一个模板特化std::less<Person>。

1. 错误示例

没有特化std::less时企图往std::map放入Person是会报错的，具体如下示例：

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
#include <functional>class Person
{
public:Person():Person("", 0){std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}Person(const std::string& name, int age):name_(name), age_(age){std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}Person(const Person& p):name_(p.name_), age_(p.age_){std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}Person& operator=(const Person& p)& {name_ = p.name_;age_ = p.age_;return *this;}Person(Person&& p) noexcept: name_(p.name_), age_(p.age_){std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}Person& operator=(Person&& p) & noexcept {name_ = p.name_;age_ = p.age_;return *this;}virtual ~Person(){std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}std::string getName() const{return name_;}int getAge() const {return age_;}private:std::string name_;int age_;
};#if 0
namespace std{template<>struct less<Person>{bool operator()(const Person& lhs, const Person& rhs) const {//return lhs.getAge() < rhs.getAge();  // 按age_升序return lhs.getName() < rhs.getName();  // 按name_升序}};
}
#endifint main()
{Person p1("ZhangSan", 23);Person p2("LiSi", 31);Person p3("WangWu", 19);Person p4("ChenLiu", 43);/* 编译报错：/opt/compiler-explorer/gcc-13.2.0/include/c++/13.2.0/bits/stl_function.h:408:20: error: no match for 'operator<' (operand types are 'const Person' and 'const Person')报错的原因是未使用类Person对模板类模板类 std::less进行特化（specialization） *///std::map<Person, std::string> pmaps{{p1, "ZhangSan@qq.com"}, {p2, "LiSi@qq.com"}, {p3, "WangWu@qq.com"}, {p4, "ChenLiu@qq.com"}};std::map<Person, std::string> pmaps;pmaps[p1] = "ZhangSan@qq.com";pmaps[p2] = "LiSi@qq.com";pmaps[p3] = "WangWu@qq.com";pmaps[p4] = "ChenLiu@qq.com";for(const auto& [k, v]: pmaps){std::cout << k.getName() << ", " << k.getAge() << ", " << v << std::endl; }
}

2. 正确示例

可以特化在std命名空间中定义的模板，但不能向std添加新的声明。
std::less模板在<functional>头文件中声明，该头文件定义了所有关系和相等运算符的比较器模板。
使用Person特化std::less时可参考std::less模板在<functional>头文件中的定义，也就是C++在找不到显式特化（如std::less<Person>）时使用的主模板。
使用Person特化std::less后可以使用Person作为std::map的key，具体如下示例正确的实现：

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
#include <functional>class Person
{
public:Person():Person("", 0){std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}Person(const std::string& name, int age):name_(name), age_(age){std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}Person(const Person& p):name_(p.name_), age_(p.age_){std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}Person& operator=(const Person& p)& {name_ = p.name_;age_ = p.age_;return *this;}Person(Person&& p) noexcept: name_(p.name_), age_(p.age_){std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}Person& operator=(Person&& p) & noexcept {name_ = p.name_;age_ = p.age_;return *this;}virtual ~Person(){std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;}std::string getName() const{return name_;}int getAge() const {return age_;}private:std::string name_;int age_;
};namespace std{template<>struct less<Person>{bool operator()(const Person& lhs, const Person& rhs) const {//return lhs.getAge() < rhs.getAge();  // 按age_升序return lhs.getName() < rhs.getName();  // 按name_升序}};
}int main()
{Person p1("ZhangSan", 23);Person p2("LiSi", 31);Person p3("WangWu", 19);Person p4("ChenLiu", 43);// std::map<Person, std::string> pmaps{{p1, "ZhangSan@qq.com"}, {p2, "LiSi@qq.com"}, {p3, "WangWu@qq.com"}, {p4, "ChenLiu@qq.com"}};  // 这种方式会多调用四次构造、析构std::map<Person, std::string> pmaps;pmaps[p1] = "ZhangSan@qq.com";pmaps[p2] = "LiSi@qq.com";pmaps[p3] = "WangWu@qq.com";pmaps[p4] = "ChenLiu@qq.com";for(const auto& [k, v]: pmaps){std::cout << k.getName() << ", " << k.getAge() << ", " << v << std::endl; }
}

输出结果：

Person::Person(const std::string&, int)
Person::Person(const std::string&, int)
Person::Person(const std::string&, int)
Person::Person(const std::string&, int)
Person::Person(const Person&)
Person::Person(const Person&)
Person::Person(const Person&)
Person::Person(const Person&)
ChenLiu, 43, ChenLiu@qq.com
LiSi, 31, LiSi@qq.com
WangWu, 19, WangWu@qq.com
ZhangSan, 23, ZhangSan@qq.com
virtual Person::~Person()
virtual Person::~Person()
virtual Person::~Person()
virtual Person::~Person()
virtual Person::~Person()
virtual Person::~Person()
virtual Person::~Person()
virtual Person::~Person()