【C++】函数模板和类模板

目录

1.泛型编程

2.函数模板

2.1函数模板的定义格式

2.2函数模板的实例化

2.3函数模板参数的匹配原则

3.类模板

3.1类模板的定义格式

3.2类模板的实例化

3.3模板的分离编译 

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1.泛型编程

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

为什么存在泛型编程：

我们之前实现过交换两个整型的函数，如下：

但是要实现交换两个浮点型数据时，swap函数就不可用了

我们需要再编写交换两个浮点型的swap函数 

但是这样就造成了大量的代码重复，因为这两个swap函数只有参数的类型不同

解决方案：

1️⃣函数重载：

1. 重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新的类型出现时，仍需要用户自己增加对应的函数
2. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载出错

2️⃣泛型编程：

给编译器一个模板，让编译器根据不同的类型由该模板生成代码

2.函数模板

2.1函数模板的定义格式

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

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）{ }

📖Note：

typename是用来定义模板参数的关键字，也可以使用class，但不能使用struct代替class

2.2函数模板的实例化

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。模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给给了编译器

在编译器编译阶段，编译器需要根据传入实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。如上例中，当使用char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char类型，然后产生一份专门处理char类型的代码，对于int和float类型同理

用不同类型的参数使用函数模板称为函数模板的实例化。

函数模板的实例化分类：

1. 隐式实例化：让编译器根据实参推演函数模板参数的实际类型
2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

如上图：Add(a1, b1)该语句编译不能通过，当编译器推演其实参类型时，首先通过实参a1将T推演为int，通过实参b1将T推演为double，但是模板参数列表中只要一个T，编译器无法确定此处T的具体类型，因此报错

📖Note：

• 在模板实例化时，编译器一般不会进行类型转换操作

解决方案：

1. 用户自己强制转换：Add(a1,(int) b1)
2. 使用显式实例化
3. 模板参数定义类型

2.3函数模板参数的匹配原则

1️⃣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

2️⃣对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调用时会优先调用非模板函数，而不是从该模板实例化一个函数。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

3️⃣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

3.类模板

3.1类模板的定义格式

类模板格式：

template<class T1,class T2, ..... , class Tn>
class 类模板名

{

        //类内成员定义

}

//动态顺序表的类模板
template<class T>
class Vector
{
public://构造函数Vector(size_t capacity = 10):_pDate(new T[capacity]), _size(0), _capacity(10){}//析构函数：在类中声明，类外定义~Vector();//void PushBack(const T& data);//void PopBack();size_t Size(){return _size;}//运算符[]重载//定义成内联函数，提高效率inline T& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _pDate[pos];}private:T* _pDate;size_t _size;size_t _capacity;
};
//类外定义成员函数:需要加模板参数列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{if (_pDate){delete[] _pDate;}_size = _capacity = 0;
}

3.2类模板的实例化

类模板实例化和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，类模板的名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类

int main()
{//Vector类名，Vector<int> s1才是类型Vector<int> s1;Vector<double> s2;return 0;
}

3.3模板的分离编译 

模板不支持分离编译，会产生链接错误

解决方案：

🔷显式实例化

在定义的地方，指定是模板

🔷不分离定义到.h和.cpp中

把类模板定义到.h文件中（包括声明和定义），实例化后编译，就知道函数的地址，不需要链接去符号表中去找函数的地址