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C++初阶-模板初阶

模板初阶

  • 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函数模板的原理
    • 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

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,但是有以下几个不好的地方:

  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
  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
    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。
    在这里插入图片描述

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<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

在这里插入图片描述
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。

2.4函数模板的原理

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;
}
  1. 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
// 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
}
  1. 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 }
  1. 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

三、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
};
// 动态顺序表
// 注意: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 T>
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 <class T>
Vector<T>::~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<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

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