c++模板整理

 

目录

一.泛型编程​​​​​​​

二.函数模板

2.1 函数模板概念

2.2函数模板格式

2.3 函数模板的原理

2.4 函数模板的实例化

2.5 模板参数的匹配原则

三.类模板

3.1 类模板的定义格式

3.2 类模板的实例化

3.3模板类

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一.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，代码的可维护性比较低。此时我们可以使用模板来解决这个问题。

template
void Swap(T left, T right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

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。

多态性里模板实现属于（编译时）静态多态。

模板又分为两类：

 

二.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
返回值类型 函数名(参数列表){}

template
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，对于其他字符也是如此。

 注意：此时两个Swap调用的函数是不同的。

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算模板参数的实际类型

template
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);//编译器推演其实参类型为int
	Add(d1, d2);//编译器推演其实参类型为double
	Add(a1, d1);//编译报错，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
	
	// 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
	//1.Add(a1,(int)d1);
	
	return 0;
}

2. 显式实例化：在函数名后加<>，并在<>中指定模板参数的实际类型
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。

template
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main(void)
{
	int a = 10;
	double b = 20.0;
	// 显式实例化
	Add(a, b);//此时编译器会进行类型转换
	return 0;
}

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。编译器一般使用现成的，除非显示实例化。

// 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
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(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，但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
T Add(T left, T 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

不会报错，会出现警告。

三.类模板

3.1 类模板的定义格式

template
class 类模板名
{
    // 类内成员定义
};

// 注意：此时Vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template
class Vector
{
public:
	Vector(size_t capacity = 10)
		: _pData(new T[capacity])
		, _size(0)
		, _capacity(capacity)
	{}
	// 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。
	~Vector();
	void PushBack(const T& data)；
	void PopBack()；
	//……
	size_t Size() { return _size; }
	T& operator[](size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		return _pData[pos];
	}
private:
	T* _pData;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};
// 注意：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 
Vector::~Vector()
{
	if (_pData)
		delete[] _pData;
	_size = _capacity = 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。

// Vector类名，Vector才是类型
Vector s1;
Vector s2;

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3.3模板类

类模板是通过tmplate声明的一个模板，通过实例化确定里面的类型就可以生成确定的类，叫做模板类。

C++中使用模板类可用来创建动态增长和减小的数据结构，且它是类型无关的，因此具有很高的可复用性。模板类编译时检查数据类型，保证了类型安全且平台无关的，具有可移植性。