详解 C++中的模板

目录

前言

一、函数模板

1.定义

2.函数模板的实现

3.模板函数的实例化

4.模板参数的省略

1.函数模板的实参推导

2.类模板的实参推导

3.默认模板参数

4.特殊情况:无法推导的模板

5.推导失败的情况

二、类模板

1.概念和定义

2.类模板定义

3.类模板的使用

4.类模板的定义格式

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前言

        这篇文章主要介绍C++中的模板。

一、函数模板

1.定义

        模板是一系列相关函数的模型或样板，这些函数的源代码形式相同，只是所针对的数据类型不同。

        在开发过程中，我们经常遇到这种情况，有两个或者两个以上的函数，其功能是相同的，仅仅是数据类型的不同。例如:

int add(int a,int b){return a + b;
}
int add(float a,float b){return a + b;
}double add(double a,double b){return a + b;
}

        上面的三个函数都实现了对数据的加法运算，唯一不同的是参数类型不同。这样的函数可以采用函数模板实现简便化。

2.函数模板的实现

        函数模板的格式如下：

template <<模板形参声明>> <函数声明>

        模板形参是由一个或者多个<模板形参>组成的，如果是多个需要用逗号隔开。每个模板具有以下几种形式：

1.typename <参数名>

2.class <参数明>

3.<类型修饰><参数名>

        对于上述实例中的 add 函数，我们可以如下定义：

template <typename T>
T add(T a, T b) {return a + b;
}

3.模板函数的实例化

        在实际开发过程中，我们使用实参的实际类型代替虚拟类型即可。

#include <iostream>
#include <iomanip> // 需要包含这个头文件来设置精度
using namespace std;template <typename T>
T add(T a, T b) {return a + b;
}int main() {int a = 10, b = 20;cout << "a + b = " << add(a, b) << endl;// 使用浮点数并设置精度double c = 10.0, d = 20.0;cout << fixed << setprecision(2);  // 设置保留两位小数cout << "c + d = " << add(c, d) << endl;double e = 10.00, f = 20.00;cout << "e + f = " << add(e, f) << endl;return 0;
}

4.模板参数的省略

        在C++中，模板实参可以在某些情况下进行省略，称为 模板实参推导。这一特性允许编译器根据传递给函数或类的参数自动推导出模板的类型。以下是几种常见的模板实参省略场景：        

1.函数模板的实参推导

        对于函数模板，编译器可以根据调用时传递的函数参数来推导模板实参。例如：

template <typename T>
T add(T a, T b) {return a + b;
}int main() {int x = 5, y = 10;// 不需要显式指定类型，编译器会推导T为intcout << add(x, y) << endl;
}

        在上述例子中，add(x, y) 调用时，编译器会根据 x 和 y 的类型（int）自动推导 T 的类型为 int。

2.类模板的实参推导

        在C++17之前，类模板的实参必须显式指定，但从C++17开始，可以省略某些类模板的实参。编译器会从构造函数参数中推导出模板实参。例如：

template <typename T>
T add(T a, T b) {return a + b;
}int main() {int x = 5, y = 10;// 不需要显式指定类型，编译器会推导T为intcout << add(x, y) << endl;
}

        在这个例子中，Box box(123); 中并没有显式地指定 Box<int>，编译器根据传递的值 123 推导出 T 的类型为 int。

3.默认模板参数

        你可以为模板提供默认的模板参数，这样在不提供实参时会使用默认值。例如：

template <typename T = int>
T multiply(T a, T b) {return a * b;
}int main() {cout << multiply(3, 4) << endl; // T被推导为int，因为int是默认类型cout << multiply<double>(3.5, 2.5) << endl; // T显式为double
}

        在这个例子中，multiply(3, 4) 直接使用了默认的模板参数 T = int，而 multiply<double> 明确指定了模板参数。

4.特殊情况:无法推导的模板

        并非所有情况下模板都可以自动推导，特别是当模板类型不直接与参数关联时。例如，某些模板的类型依赖于非参数部分时，编译器无法自动推导，这时需要显式指定模板实参。

template <typename T, typename U>
void printPair(T a, U b) {cout << a << " and " << b << endl;
}int main() {printPair(1, "hello"); // 编译器能够推导T为int，U为const char*printPair<int>("test", 100); // 必须显式指定其中一个模板参数
}

5.推导失败的情况

        有时候模板的推导会失败，特别是类型不匹配或涉及复杂的类型转换时。此时需要显式指定模板实参来避免推导失败。

二、类模板

1.概念和定义

        类模板是通过引入模板参数来定义类的。在类模板的声明中，使用 template 关键字标识模板类型参数，然后在类的定义中可以使用这些模板参数，就像使用普通的数据类型一样。

2.类模板定义

        一个简单的类模板可以按如下方式定义：

template <typename T>
class Box {
private:T value;
public:Box(T val) : value(val) {}T getValue() {return value;}
};

        在上述代码中，T 是一个模板参数，可以被替换为任何具体的数据类型（例如 int、double 或 string）。当我们使用这个类时，必须在实例化类时提供一个具体的数据类型。

3.类模板的使用

        在这个例子中，Box<int> 和 Box<double> 分别创建了 int 和 double 类型的对象，并且它们可以分别存储 int 和 double 类型的数据。        ​​​​​​​        

int main() {Box<int> intBox(100);  // 使用int类型Box<double> doubleBox(100.5);  // 使用double类型std::cout << "intBox value: " << intBox.getValue() << std::endl;std::cout << "doubleBox value: " << doubleBox.getValue() << std::endl;return 0;
}

4.类模板的定义格式

        类模板的定义格式如下：

template <typename T> 
class ClassName {// 成员变量和方法使用模板参数T
};

        类模板的优势在于能够通过一种通用方式处理不同类型的数据，使代码更具通用性和灵活性，适用于需要同样逻辑但适用于不同数据类型的情况。