【C++】模板：了解泛型编程
本篇是C++模板学习的一些笔记
文章目录
- 1.了解泛型编程
- 2.函数模板
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- 2.1简单示例
- 2.2多个模板参数
- 2.3模板实例化
- 2.4模板和普通函数同时存在
- 2.5函数模板不支持定义和声明分离
- 3.类模板
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- 3.1简单示例
- 3.2成员函数声明和定义分离
- 4.等待添加……
1.了解泛型编程
泛型编程，故如其名，是一个泛化的编程方式。其实现原理为程序员编写一个函数/类的代码示例，让编译器去填补出不同的函数实现
就好比活字印刷术，可以灵活调整印刷的板块和内容，比只能固定印刷某一个内容的雕版印刷术效率更高，也让印刷术由此得到了更广泛的应用。
在C++中，函数重载和模板的出现，让泛型编程得到了实际的应用。其中模板，就是类似活字印刷术一样的存在。
2.函数模板
八八了那么多没用的，让我们来看看函数模板的语法实现吧
2.1简单示例
下面是一个最简单的交换函数的例子，通过标明模板参数T，让编译器自动识别函数传参，并调用出不同的函数
template<typename T>
void Swap(T& left,T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
其中，typename是定义模板的关键字，我们可以使用class来替代，但不能使用struct
可以看到，编译器成功调用了Swap函数，交换了int类型和double类型
2.2多个模板参数
如果我们尝试把int和double同时传参给这个函数，会发生什么呢？
编译器会报错，表示模板参数T不明确
这时候我们有几种解决方法
- 首先是将double强转为int（反过来亦可）
你会发现还是不行，那是因为强转并不支持用double引用int。所以我们把函数传参中的引用去掉，即可正常调用这个函数（暂且不提传引用和传值的区别）
- 使用多个模板参数
和函数传参类似，我们也可以设置多个模板参数
在下图中，我使用typeid关键字来打印模板参数T1和T2的类型。
使用
typeid需要包含头文件#include
可以看到，实际上函数在调用这个模板的时候，已经实例化了这个函数（即替换模板参数为正确参数类型）这时候在后台处理的时候，其实Show函数已经实例化为了下面这个样子
void Show(int left, double right)
{
cout << typeid(left).name() << endl;
cout << typeid(right).name() << endl;
}
2.3模板实例化
上面的方式，是编译器自动帮我们实例化模板参数。在实际使用中，我们还可以自己指定实例化为什么类型
- 利用强制类型转换
- 使用
使用第二种方式的时候，编译器会对另外一个不匹配的参数进行隐式类型转换。如果转换不成功，则会报错。
另外注意的是，函数模板参数T同样可以用来作为返回值，但是不能通过返回值来推断参数T的类型。比如下面这个函数，我们在使用的时候就需要直接指定模板参数T，而不能写一个int* ptr=test(10)让编译器通过“返回值是int*接收的，所以函数模板参数T是int”来推断。
template<typename T>
T* test(int num)
{
return new T[num];
}
- 函数模板支持给予参数缺省值
当一个参数不确定的时候，函数模板是支持给予缺省值的
template<typename T=char>
T* test(int num)
{
return new T[num];
}
比如这样，当我们没有直接指定的时候，编译器就会将T作为char类型，返回一个num大小的char（一个字节）的空间
注意：当有多个模板参数时，缺省值需要从右往左给
- 函数模板的传参也支持缺省值
template<typename T1>
void Add(T1 left, T1 right=10)
{
cout << "Add temp "<<typeid(left).name() << " " << typeid(right).name() << endl;
cout << left + right << endl << endl;
}
int main()
{
int a=1;
Add(a);
}
在这种情况下，编译器会正确调用该函数模板
2.4模板和普通函数同时存在
以Add函数为例，在函数模板存在的同时，我们还可以单独写一个int类型的add函数。这都归功于函数重载的存在。
同时，我们还可以使用
函数在调用的时候，首先会去调用已经存在的函数。当参数和已存在的函数不匹配时，才会调用函数模板
2.5函数模板不支持定义和声明分离
一般情况下，我们都会在头文件中生命函数，在另外一个源文件中定义函数。
但是模板是不支持这么做的！编译器会报错 链接错误
error LNK2019:无法解析的外部符号……
所以我们需要将函数模板的声明和定义放在一个头文件中。在部分使用场景，会使用.hpp来表示这个头文件是包含了函数定义的（即.h和.cpp的集合体）。需要注意，这并不是一个硬性要求，你也可以直接使用.h，并将声明和定义放入其中。
- 这是为什么呢？
因为单独的.h声明会在源文件顶部展开，而此时函数模板正常推演参数，但编译器并没有找到函数的实现，即这是一个没有地址的函数。从而导致编译器找不到函数的地址，产生了符号表的链接错误
- 有无解决办法？
其实是有的，我们可以在模板函数定义的.cpp中对我们需要使用的函数进行显式实例化指定
//头文件
//声明
template<typename T1>
void Add(T1 left, T1 right);
//源文件
//定义
template<typename T1>
void Add(T1 left, T1 right)
{
cout << left + right << endl << endl;
}
//在源文件中显式实例化
template
void Add<int>(int left, int right);
template
void Add<double>(double left, double right);
显式实例化需要对我们要用的所有函数进行实例化，比如你需要用double类型，只显示实例化了int类型是不行的，依旧会报错。
这样感觉非常多余……对吧！所以还是老老实实把声明和定义放在同一个文件里面吧！
3.类模板
类模板的基本形式如下，这里作为一个小区分，我用class来当作模板参数名。实际上typename也是可以的
template<class T1, class T2, ...>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};
3.1简单示例
下面用一个非常简单的顺序表代码来演示一下类模板
template<class T>
class List
{
public:
List(int capacity = 10)
: _a(new T[capacity])
, _size(0)
, _capa(capacity)
{}
~List();
T& operator[](int pos)
{
assert(pos < _size);
return _a[pos];
}
private:
T* _a;
int _size;
int _capa;
};
//类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template <class T>
List<T>::~List()
{
delete[] _a;
_size = _capa = 0;
}
可以看到，通过显式实例化的方式，我们成功让这个类模板变成了两个不同类型的顺序表
3.2成员函数声明和定义分离
其中需要注意的是析构函数，声明和定义分离的时候（同一文件），在定义的时候也需要加上模板参数
//类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template <class T>
List<T>::~List()
{
delete[] _a;
_size = _capa = 0;
}
个人觉得这样也非常麻烦，既然模板最好是声明和定义放在同一个文件，那还不如直接将类的成员函数直接定义到类内部。多省事！
- 如果是声明和定义放在不同文件中，显式实例化方式如下
template
class List <int>;
template
class List <double>;
需要什么类型的类，就得实例化这个类型。
4.等待添加……
模板还有更多值得学习的内容，待我先捣鼓一下，再回来更新这篇博客