【模板初阶】
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目录
1. 泛型编程
如何实现一个通用的交换函数呢
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。
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。
2.2 函数模板格式
template<typename 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)
就像我们实现的Swap函数我们可以用函数模板来实现
template<typename T>
void Swap( T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
当我们使用的时候该模板会自动推导变量的类型但是像下面这种写法就会报错
因为a和d的类型不同与上面定义的模板矛盾了处理方式可以这样:
Swap(a, (int&)d);
Swap((double&)a, d);这种是采用了强转的方式当然还可以采用修改模板用两个不同的参数。
template<typename T1,typename T2>2.3 函数模板的原理
那么如何解决上面的问题呢大家都知道瓦特改良蒸汽机人类开始了工业革命解放了生产力。机器生产淘汰掉了很多手工产品。本质是什么重复的工作交给了机器去完成。有人给出了论调懒人创造世界。
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 。
2.4.1 隐式实例化
让编译器根据实参推演模板参数的实际类型.
template<class 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);
}这里就是靠编译器自动推演的参数类型。
2.4.2 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()
{
int a = 10;
double b = 20.0;
// 显式实例化
Add<int>(a, b);
return 0;
}像这种方式就是可以的。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。
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
template<class 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
Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}像上面的程序第一个会调用第一个Add,第二个才会调用通用模板。
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。
这个上面已经说了。
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
template<class T1, class T2, ..., class Tn>class 类模板名{// 类内成员定义};
就拿我们之前用C语言实现的栈来说如果我们要存储多种类型那应该怎么办
有人或许会说那还不简单不是有typedef吗直接用typedef修改数据类型就好了吗
但是这种方式我们多思考一下就知道行不通的当我们想要两种数据同时存在不同的栈中那就没有办法处理了。那么如何正确的处理呢
C语言的话难免不了要重新再创建一个栈但是C++中我们可以用模板来处理这个问题。
template<class T>
class Stack
{
private:
T* _a;
int _top;
int _capacity;
public:
Stack(int capacity=4)
{
_a = nullptr;
_sz = 0;
_capacity = capacity;
}
~Stack()
{
//...
}
Stack(const Stack& st)
{
//...
}
push()
{
//...
}
pop()
{
//...
}
T top()
{
//...
}
};
int main()
{
Stack<int>st1(8);
Stack<char>st2(16);
return 0;
}其中有些成员函数这里没有实现出来相信大家可以自己实现出来另外大家一定要注意用模板来实现类的时候定义和声明不要分离否则就会报链接错误。
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。
就像我们上面使用的那样
// Vector类名Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;4 总结
本篇博客介绍了什么是泛型编程再此基础上引出了模板的概念介绍了函数模板和类模板的概念以及使用方法。如果·该文对你有帮助的话能不能一键3连支持一下博主呢