c++（7）模板初阶

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。 2.1 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){} template<typename T> void Swap( T& left, T& right) { T temp = left; left = right; right = temp; } 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) 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 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。 这叫做“麻烦道友，不麻烦贫道。” 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 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); /* 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 Add<int>(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。 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 } 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 template<class 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 template<class T1, class T2, ..., class Tn> class 类模板名 { // 类内成员定义 }; #include<iostream> using namespace std; // 类模版 template<typename 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 template<class T> void Stack<T>::Push(const T& data) { // 扩容 _array[_size] = data; ++_size; } int main() { Stack<int> st1; // int Stack<double> 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，Stack<int>才是类型 Stack<int> st1; // int Stack<double> st2; // double