C++初阶——模板初阶

目录

1、如何实现一个通用的交换函数

2、函数模板

2.1 函数模板的概念

2.2 函数模板的格式

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

3、类模板

3.1 类模板的格式

3.2 类模板的实例化

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1、如何实现一个通用的交换函数

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：

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数

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

那能否告诉编译器一个模板，让编译器根据不同的类型利用该模板来生成代码呢

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。

2、函数模板

2.1 函数模板的概念

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，根据实参类型生成具体的函数。

2.2 函数模板的格式

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的关键字，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，对于函数模板的使用，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，对于整型、字符类型也是如此。

2.4 函数模板的实例化

不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。

模板实例化分为：

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

2、显式实例化：在函数名后的<>中指定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;// 隐式实例化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，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. 用户自己来类型转换  2. 使用显式实例化Add(a1, (int)d1);// 显式实例化Add<int>(a1, d1);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

// 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);Add<int>(1, 2);
}

2. 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数而不会从该模板产生出一个实例。

如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数， 那么将选择模板实例化出的函数。

// 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); // 与非模板函数类型完全匹配，不需要函数模板实例化Add(1, 2.0); // 函数模板可以生成更好匹配的版本，编译器根据实参生成更好匹配的Add函数
}

3. 模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以自动类型转换

3、类模板

类模板的概念、原理、匹配原则与函数模板类似

3.1 类模板的格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{// 类内成员定义
};

#include<iostream>
using namespace std;// 类模版
template<typename T>
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 4):_aaray(new new T[capacity]),_capacity(capacity),_size(0){}void Push(const T& data);private:T* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};// 类模版的成员函数，不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误
// 在同一个文件中声明和定义分离，
// 要在函数上方再写个模板参数template<class T>，和指定类域Stack<T>::
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{// 扩容_array[_size] = data;++_size;
}int main()
{Stack<int> st1;    // intStack<double> st2; // doublereturn 0;
}

3.2 类模板的实例化

类模板，只能显示实例化，在类名后的<>中指定模板参数的实际类型 。

注意：

1、好像typedef也可以达到类模板的效果，但是，

类模板可以同时实例化出不同类型的类，而typedef只能存在一个，如：

// 类模版
template<typename T>
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 4):_aaray(new new T[capacity]),_capacity(capacity),_size(0){}void Push(const T& data);private:T* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};int main()
{// 类模板都是显示实例化Stack<int> st1; // intst1.Push(1);st1.Push(2);st1.Push(3);Stack<double> st2; // doublest2.Push(1.1);st2.Push(1.1);st2.Push(1.1);// 同时有int、double类型的两个栈，而typedef就达不到这样的效果return 0;
}

2、为什么模板的形参类型，好像都是const T& x，因为，

T&是内置类型无所谓，若是自定义类型，可以减少拷贝，

对于const，取决于需不需要改变x

3、类模板的参数必须是虚拟类型(即非类型参数)吗?不是，

C++中类模板的参数即为模板参数列表中内容，有两种方式：

类型参数：即类型参数化，将来实例化为具体的实际类型，有点像函数的形参，形参可以接受不同值的实参。

非类型参数：在定义时给定了具体的类型，用该类型定义的为常量，比如：

    template<class T, size_t N>class array{// ...};

4、类模板中的成员函数全是函数模板？对

所以成员函数放在类外定义时，需要加模板参数列表，和在函数名前加类名::，而类名实际为ClassName<T>。