泛型编程
首先考虑一个问题：c++中有几种交换变量的方法？
1、宏代码块：
#define SWAP(t, a, b) \
do \
{ \
t c = a; \
a = b; \
b = c; \
}while(0)
优点： 代码复用，适合所有的类型
缺点：编译器不知道宏的存在，缺少类型检查
2、函数：
void Swap(int& a, int& b)
{
int c = a;
a = b;
b = c;
}
优点：真正的函数调用，编译器对类型进行检查
缺点：根据类型重复定义函数，无法代码复用
那有没有一种方法能集合这两种方法的优点呢？这里，我们来学习一个新的概念：
- 泛型编程的概念
- 不考虑具体数据类型的编程方式
对于Swap函数可以考虑下面的泛型写法
void Swap(T& a, T& b)
{
T t = a;
a = b;
b = t;
}
Swap泛型写法中的T不是一个具体的数据类型，而是泛指任意的数据类型。
函数模板
- C++中泛型编程
- 函数模板
- 一种特殊的函数可用不同类型进行调用
- 看起来和普通函数很相似，区别是类型可被参数化
- 能够根据实参对参数类型进行推导
- 函数模板的语法规则
- template 关键字用于声明开始进行泛型编程
- typename关键字用于声明泛指类型
- 函数模板
template
void Swap(T& a, T& b)
{
T t = a;
a = b;
b = t;
}
- 函数模板的使用
- 自动类型推导调用
- 具体类型显示调用
int a = 0;
int b = 1;
Swap(a, b); // 自动推导
float c = 2;
float d = 3;
Swap(c, d); // 显示调用
这里举一个例子：
#include
#include
using namespace std;
//定义函数模板
template < typename T >
void Swap(T& a, T& b)
{
T c = a;
a = b;
b = c;
}
//定义函数模板
//注意这里显示的指定参数类型
template < typename T >
void Sort(T a[], int len)
{
for(int i=0; i a[j] )
{
Swap(a[i], a[j]);
}
}
}
}
//定义函数模板
//注意这里显示的指定参数类型
template < typename T >
void Println(T a[], int len)
{
for(int i=0; i 输出结果为：
5, 3, 2, 4, 1,
1, 2, 3, 4, 5,
Java, C++, Pascal, Ruby, Basic,
Basic, C++, Java, Pascal, Ruby,
函数模板进一步理解
- 函数模板的理解
- 编译器从函数模板通过具体类型产生不同的函数
- 编译器会对
函数模板进行两次编译- 对
模板代码本身进行编译 - 对
参数替换后的代码进行编译
- 对
- 注意事项：
- 函数模板本身不允许隐式类型转换
- 自动推导类型时，必须严格匹配
- 显示类型指定时，能够进行隐式类型转换
- 函数模板本身不允许隐式类型转换
在这里举一个例子：
#include
#include
using namespace std;
class Test
{
public:
Test()
{
}
Test(const Test &)
{
}
};
template < typename T >
void Swap(T& a, T& b)
{
T c = a;
a = b;
b = c;
}
typedef void(FuncI)(int&, int&);
typedef void(FuncD)(double&, double&);
typedef void(FuncT)(Test&, Test&);
int main()
{
FuncI* pi = Swap; // 编译器自动推导 T 为 int
FuncD* pd = Swap; // 编译器自动推导 T 为 double
FuncT* pt = Swap; // 编译器自动推导 T 为 Test
cout << "pi = " << reinterpret_cast(pi) << endl;
cout << "pd = " << reinterpret_cast(pd) << endl;
cout << "pt = " << reinterpret_cast(pt) << endl;
return 0;
}
最终的输出结果为：
pi = 0x104506f10
pd = 0x104506f40
pt = 0x104506f80
多参数函数模板
- 函数模板可以定义任意多个不同的类型参数
template
T1 Add(T2 a, T3 b)
{
return static_cast( a + b );
}
//调用
int r = Add(0.5, 0.8);
- 对于多参数函数模板
- 无法自动推导返回值类型
- 可以从左向右部分指定类型参数
- 工程中将返回值参数作为第一个类型参数
// T1 = int, T2 = double, T3 = double
int r1 = Add(0.5, 0.8);
// T1 = int, T2 = float, T3 = double
int r2 = Add(0.5, 0.8);
// T1 = int, T2 = float, T3 = float
int r3 = Add(0.5, 0.8);
继续举例子：
#include
#include
using namespace std;
template
< typename T1, typename T2, typename T3 >
T1 Add(T2 a, T3 b)
{
return static_cast(a + b);
}
int main()
{
// T1 = int, T2 = double, T3 = double
int r1 = Add(0.5, 0.8);
// T1 = double, T2 = float, T3 = double
double r2 = Add(0.5, 0.8);
// T1 = float, T2 = float, T3 = float
float r3 = Add(0.5, 0.8);
cout << "r1 = " << r1 << endl; // r1 = 1
cout << "r2 = " << r2 << endl; // r2 = 1.3
cout << "r3 = " << r3 << endl; // r3 = 1.3
return 0;
}
输出结果为：
// 返回值为int，所以强制类型转换为1
r1 = 1
// 返回值为double，返回正常的double值
r2 = 1.3
r3 = 1.3
重载函数模板
- 函数模板可以像普通函数一样被重载
- C++编译器优先考虑普通函数
- 如果函数模板可以产生一个更好的匹配，那么选择模板
- 可以通过空模板实参列表限定编译器只匹配模板
int r1 = Max(1, 2);
//这里Max<>限定编译器只匹配函数模板
double r2 = Max<>(0.5, 0.8);
举最后一个例子：
#include
#include
using namespace std;
//定义包含2个参数的函数模板
template < typename T >
T Max(T a, T b)
{
cout << "T Max(T a, T b)" << endl;
return a > b ? a : b;
}
//定义一个普通函数，但函数名和函数模板一样
int Max(int a, int b)
{
cout << "int Max(int a, int b)" << endl;
return a > b ? a : b;
}
//重载函数模板
template < typename T >
T Max(T a, T b, T c)
{
cout << "T Max(T a, T b, T c)" << endl;
return Max(Max(a, b), c);
}
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
// 普通函数 Max(int, int)
cout << Max(a, b) << endl;
// 函数模板 Max(int, int)
cout << Max<>(a, b) << endl;
// 函数模板 Max(double, double)
cout << Max(3.0, 4.0) << endl;
// 函数模板 Max(double, double, double)
cout << Max(5.0, 6.0, 7.0) << endl;
// 普通函数 Max(int, int)
cout << Max('a', 100) << endl;
return 0;
}
输出结果为：
// 普通函数 Max(int, int)
int Max(int a, int b)
2
// 函数模板 Max(int, int)
T Max(T a, T b)
2
// 函数模板 Max(double, double)
T Max(T a, T b)
4
// 函数模板 Max(double, double, double)
T Max(T a, T b, T c)
T Max(T a, T b)
T Max(T a, T b)
7
// 普通函数 Max(int, int)
int Max(int a, int b)
100