面试题：C++函数模板全特化在复杂场景下的应用

Question

假设有一个函数模板，它接受一个容器（如`std::vector`）作为参数，并对容器内所有元素执行某种操作（例如求和）。现在，要求针对自定义的矩阵类（假设矩阵类名为`Matrix`，存储结构为二维`std::vector`）进行全特化，使得在处理矩阵时，对每一行的元素分别执行求和操作，并返回一个包含每行和的`std::vector`。请详细说明设计思路，并给出完整代码实现，同时分析这种全特化在实际项目中的潜在应用场景。

Answer 1

设计思路

1. 首先定义通用的函数模板，它接受一个容器并对其中元素执行求和操作。
2. 然后针对Matrix类进行全特化。在特化版本中，遍历矩阵的每一行，对每一行的元素进行求和，并将每行的和存储在一个std::vector中返回。

代码实现

#include <iostream>
#include <vector>

// 通用函数模板，对容器内所有元素执行求和操作
template <typename Container>
typename Container::value_type sum(const Container& cont) {
    typename Container::value_type total = 0;
    for (const auto& element : cont) {
        total += element;
    }
    return total;
}

// 自定义矩阵类
class Matrix {
public:
    Matrix(int rows, int cols) : data(rows, std::vector<int>(cols, 0)) {}

    int& operator()(int i, int j) {
        return data[i][j];
    }

    const int& operator()(int i, int j) const {
        return data[i][j];
    }

private:
    std::vector<std::vector<int>> data;
};

// 针对Matrix类的函数模板全特化
template <>
std::vector<int> sum(const Matrix& matrix) {
    std::vector<int> rowSums;
    for (const auto& row : matrix.data) {
        rowSums.push_back(sum(row));
    }
    return rowSums;
}

潜在应用场景

1. 数据分析：在处理矩阵形式的数据时，例如在图像分析中，图像可以表示为矩阵，计算每行的和可以用于统计图像每行的像素值总和，帮助分析图像的特征。
2. 科学计算：在数值模拟等场景中，矩阵经常用于表示物理量。计算每行的和可能用于计算某些物理量在特定维度上的累积值，以便进一步分析系统的行为。