【 C++ 】模板初阶 —— 函数模板、类模板

1.泛型编程泛型编程不再是针对某种类型能适应广泛的类型如下的交换函数void Swap(int left, int right) { int temp left; left right; right temp; } void Swap(double left, double right) { double temp left; left right; right temp; } void Swap(char left, char right) { char temp left; left right; right temp; } ......使用函数重载虽然可以实现但是有一下几个不好的地方1.重载的函数仅仅是类型不同代码复用率比较低只要有新类型出现时就需要用户自己增加对应的函数2.代码的可维护性比较低一个出错可能所有的重载均出错那能否告诉编译器一个模子让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢如果在C中也能够存在这样一个模具通过给这个模具中填充不同材料(类型)来获得不同材料的铸件(即生成具体类型的代码那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好我们只需在此乘凉。泛型编程编写与类型无关的通用代码是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。模板分为如下两类函数模板类模板2、函数模板2.1函数模板概念函数模板代表了一个函数家族该函数模板与类型无关在使用时被参数化根据实参类型产生函数的特定类型版本。2.1函数模板格式templatetypename T1, typename T2,......,typename Tn 返回值类型 函数名(参数列表) { //…… } 注意typename是用来定义模板参数关键字也可以使用class(切记不能使用struct代替class)因此交换函数就可以这样套用模板templatetypename T//或者templateclass T void Swap(T left, T right) { T tmp left; left right; right tmp; }2.3函数模板的原理函数模板是一个蓝图它本身并不是函数是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器问题我上述交换函数调用过程中的Swap都是调用的同一个函数吗当然不是这里我三次Swap不是调用同一个函数其实我Swap的时候根据不同的类型通过模板定制出专属你的类型的函数然后再调用。函数模板是一个蓝图它本身并不是函数是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器。在编译器编译阶段对于模板函数的使用编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。比如当用double类型使用函数模板时编译器通过对实参类型的推演将T确定为double类型然后产生一份专门处理double类型的代码对于字符类型也是如此。2.4函数模板的实例化用不同类型的参数使用函数模板时称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为隐式实例化和显式实例化。1.隐式实例化让编译器根据实参推演模板参数的实际类型templateclass T T Add(const T left, const T right) { return left right; } int main() { int a1 10, a2 20; double d1 10.0, d2 20.0; Add(a1, a2); Add(d1, d2); /* 该语句不能通过编译因为在编译期间当编译器看到该实例化时需要推演其实参类型 通过实参a1将T推演为int通过实参d1将T推演为double类型但模板参数列表中只有 一个T 编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错 注意在模板中编译器一般不会进行类型转换操作因为一旦转化出问题编译器就需要 背黑锅 Add(a1, d1); */ // 此时有两种处理方式1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化 Add(a, (int)d); return 0; }2.显式实例化在函数名后的中指定模板参数的实际类型int main(void) { int a 10; double b 20.0; // 显式实例化 Addint(a, b); return 0; }如果类型不匹配编译器会尝试进行隐式类型转换如果无法转换成功编译器将会报错。补充模板支持多个模板参数。templateclass K, class V //两个模板参数 void Func(const K key, const V value) { cout key : value endl; } int main() { Func(1, 1); //K和V均int Func(1, 1.1);//K是intV是double Funcint, char(1, A); //多个模板参数也可指定显示实例化不同类型 }我也可以给模板参数附上缺省值和函数里的缺省参数一样要从右往左给缺省值。同样我也可以全缺省其实这里面很多都和函数里的确实参数类似不过多赘述。 以后在模板进阶还会继续详解。2.5模板参数的匹配原则1.一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数// 专门处理int的加法函数 int Add(int left, int right) { return left right; } // 通用加法函数 templateclass T T Add(T left, T right) { return left right; } void Test() { Add(1, 2); // 与非模板函数匹配编译器不需要特化 Addint(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本 }2.对于非模板函数和同名函数模板如果其他条件都相同在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数 那么将选择模板// 专门处理int的加法函数 int Add(int left, int right) { return left right; } // 通用加法函数 templateclass T1, class T2 T1 Add(T1 left, T2 right) { return left right; } void Test() { Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配不需要函数模板实例化 Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本编译器根据实参生成更加匹配的Add函数 }3.模板函数不允许自动类型转换但普通函数可以进行自动类型转换3.类模板3.1类模板的定义格式templateclass T1, class T2, ..., class Tn class 类模板名 { // 类内成员定义 };如下的栈示例#includeiostream using namespace std; // 类模版 templatetypename T class Stack { public: Stack(size_t capacity 4) { _array new T[capacity]; _capacity capacity; _size 0; } void Push(const T data); private: T* _array; size_t _capacity; size_t _size; }; // 模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误具体原因后面会讲 templateclass T void StackT::Push(const T data) { // 扩容 _array[_size] data; _size; } int main() { Stackint st1; // int Stackdouble st2; // double return 0; }3.2类模板的实例化类模板实例化与函数模板实例化不同类模板实例化需要在类模板名字后跟然后将实例化的类型放在中即可类模板名字不是真正的类而实例化的结果才是真正的类。// Stack是类名Stackint才是类型 Stackint st1; // int Stackdouble st2; // double4、补充函数模板一定是推演类模板一定是指定函数不一定都能推演但是类模板一定要指定假设有如下的函数模板这里的模板就推不出T的类型。因此我们就要对其显示实例化。templateclass T T* func(int n) { return new T[n]; } int main() { //函数模板显示实例化 int* p1 funcint(10); double* p2 funcdouble(10); }因此如果函数模板不能自动推演就要显示实例化指定模板参数。