C++模板与泛型编程基础

C++模板与泛型编程基础

泛型编程就是以独立于任何特定类型的方式编写代码，而模板是泛型编程的基础。

（1）定义函数模板（function template）

函数模板是一个独立于类型的函数，可以产生函数的特定类型版本。

// implement strcmp-like generic compare function
template <typename T>
int compare(const T &v1, const T &v2)
{
    if (v1 < v2) return -1;
    if (v2 < v1) return 1;
    return 0;
}

模板定义以关键字template开始，后接尖括号括住的模板形参表。

模板形参可以是表示类型的类型形参（type parameter），也可以是表示常量表达式的非类型形参（nontype parameter）。上面程序中的T是类型形参。

// compiler instantiates int compare(const int&, const int&)
cout << compare(1, 0) << endl;
// compiler instantiates int compare(const string&, const string&)
string s1 = “hi”, s2 = “world”;
cout << compare(s1, s2) << endl;

使用函数模板时，编译器会将模板实参绑定到模板形参。编译器将确定用什么类型代替每个类型形参，用什么值代替每个非类型形参，然后产生并编译（称为实例化）该版本的函数。

上面的例子中，编译器用int代替T创建第一个版本，用string代替T创建第二个版本。

函数模板也可以声明为inline。

// inline specifier follows template parameter list
template <typename T> inline T min(const T&, const T&);

（2）定义类模板（class template）

在定义的类模板中，使用模板形参作为类型或值的占位符，在使用类时再提供具体的类型或值。

template <typename Type> 
class Queue
{
public:
    Queue();
    Type & front();
    const Type & front() const;
    void push(const Type &);
    void pop();
    bool empty() const;
private:
    // …
};

与调用函数模板不同，使用类模板时，必须为模板形参显示指定实参。

Queue<int> qi; // Queue that holds ints
Queue<string> qs; // Queue that holds strings

（3）模板类型形参

类型形参由关键字class或typename后接说明符构成。在函数模板形参表中，二者含义相同。typename其实比class更直观，更清楚的指明后面的名字是一个类型名（包括内置类型），而class很容易让人联想到类声明或类定义。

此外，在使用嵌套依赖类型（nested depended name）时，必须用到typename关键字。

在类的内部可以定义类型成员。如果要在函数模板内部使用这样的类型，必须显示告诉编译器这个名字是一个类型，否则编译器无法得知它是一个类型还是一个值。默认情况下，编译器假定这样的名字指定（静态）数据成员，而不是类型。所以下面这段程序，如果去掉typename关键字，将会出现编译错误。

template <typename Parm, typename U>
Parm fcn(Parm *array, U value)
{
    typename Parm::size_type * p;
}

（4）非类型模板形参

模板形参也可以是非类型形参，在使用时非类型形参由常量表达式代替。

// initialize elements of an array to zero
template <typename T, size_t N>
void array_init(T (&parm)[N])
{
    for (size_t i = 0; i != N; ++i)
        parm[i] = 0;
}
…
int x[42];
double y[10];
array_init(x); // instantiates array_init(int (&)[42])
array_init(y); // instantiates array_init(double (&)[10])

（5）编写泛型程序

模板代码需要对使用的类型做一些假设，比如上面的compare()要求类型T重载了“<”操作符。所以函数模板内部完成的操作就限制了可用于实例化该函数的类型。
编写模板代码时，对实参类型的要求应尽可能少。比如compare()函数仅使用了“<”操作符，而没有使用“>”操作符。

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