C++中的函数模板

目录

1. 什么是函数模板？

2. 如何定义函数模板？

3. 如何使用函数模板？

4. 函数模板与函数重载的区别是什么？

5. 函数模板与类模板有何异同点？

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1. 什么是函数模板？

- 函数模板是一种通用的函数描述，可以定义多个同名函数，以适应不同类型的参数。

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。

 

2. 如何定义函数模板？

- 使用 template 关键字定义模板函数，语法为：```template <typename T>returnType functionName(T arg1, T arg2, ...){// function body}```
- typename 是一个关键字，表示类型参数。
- T 是函数的类型参数，可以是任何合法的 C++ 数据类型，包括内置类型和自定义类型。

3. 如何使用函数模板？

- 在调用函数时，编译器会根据实参类型确定调用哪个函数模板，语法如下：```functionName<type>(arg1, arg2, ...)```
- type 表示实参的数据类型，必须与函数模板中的类型参数 T 匹配。

以下时使用函数模板的示例：

1. 定义一个函数模板

   template <typename T>
   T maximum(T a, T b) {return a > b ? a : b;
   }
   

   这个函数模板定义了一个名为 maximum 的函数，它有两个类型参数。它可以比较任意类型的值，并返回其中的最大值。

2. 实例化函数模板

   我们可以通过在函数名后面加上尖括号 <T> 来实例化函数模板，并指定类型参数 T 的具体类型。例如：

   int max_int = maximum<int>(3, 5);
   double max_double = maximum<double>(2.5, 1.8);
   

   在第一行代码中，我们以 int 类型实例化了 maximum 函数模板，并将其应用于整数值 3 和 5。编译器会生成一个具体的函数实现，比较这两个整数值并返回其中的最大值。

   在第二行代码中，我们以 double 类型实例化了 maximum 函数模板，并将其应用于浮点数值 2.5 和 1.8。编译器同样会生成一个具体的函数实现，比较这两个浮点数值并返回其中的最大值。

3. 自动推导类型                                                                                                                          在C++函数模板实例化时，编译器会根据传入的实参类型来自动推导出模板形参的类型。    例如：

4. template<typename T>
   void print(T value) {std::cout << value << std::endl;
   }int main() {print(10); // 推导出T为intprint("hello"); // 推导出T为const char*return 0;
   }
   

   在上述代码中，当我们调用print(10)和print("hello")时，编译器会自动推导出T分别为int和const char*。然后根据这个T类型实例化出对应的函数模板。最终编译器将生成如下的代码：

   void print(int value) {std::cout << value << std::endl;
   }void print(const char* value) {std::cout << value << std::endl;
   }

4. 函数模板与函数重载的区别是什么？

- 函数重载是指在同一个作用域内定义多个同名函数，但它们的参数数量或类型不同。
- 函数模板是一种通用的函数描述，可以定义多个同名函数，以适应不同类型的参数。

通过函数模板生成的不同的函数之间是具有重载关系的。

具体来说，当我们使用函数模板时，编译器会根据实参的类型来确定最终调用的函数。如果有多个函数模板可以匹配实参类型，编译器会根据一定的匹配规则选择最合适的函数模板。如果最终的匹配结果对应的函数模板已经被实例化，那么就会调用相应的函数实现；否则，编译器会根据该类型参数的具体类型生成一个新的函数实现，并将其添加到重载候选函数集中。

因此，通过函数模板生成的不同函数之间是具有重载关系的，它们可以通过重载分辨符 operator() 来区分。例如，对于以下的函数模板：

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

当我们分别调用 add(1, 2) 和 add(3.0f, 4.0f) 时，编译器会生成两个不同的函数实现：

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

这两个函数之间就具有函数重载关系。

5. 函数模板与类模板有何异同点？

- 函数模板和类模板都是泛型编程的工具。
- 函数模板是用来生成函数的，类模板是用来生成类的。
- 函数模板中的类型参数可以应用于函数的参数、返回值和局部变量；类模板中的类型参数只能应用于类的成员变量和成员函数。

1. 函数模板的一些常见使用场景：
   • 容器类的泛型算法，如 STL 中的 sort()、find() 等。
   • 数学库中的数值计算函数，如求平方根、幂函数等。
   • 模板元编程，即使用模板来实现某些编译时的计算或操作。

2. 类模板是一种通用的类描述，可以根据不同的类型参数生成多个具体的类实现。下面是类模板的一些常见使用场景：

   1. 容器类的泛型实现：STL 中的 vector、list、map 等容器都是通过类模板实现的。这些容器类需要支持不同类型的元素，因此需要通过类型参数来实现泛型。

   2. 模板化算法：与容器类相似，许多算法也需要支持不同类型的数据。例如，可以用类模板来实现排序、查找、匹配等算法。

   3. 模板元编程：模板元编程是指利用 C++ 模板系统进行编译时计算的技术。可以通过类模板来实现许多元编程技巧，例如在编译期计算阶乘、斐波那契数列、类型列表等。

   4. 设计模式：设计模式是一些经过验证的、可复用的解决方案，用于解决软件设计中的常见问题。类模板是实现许多设计模式的基础，如单例模式、策略模式、桥接模式、享元模式等。

   5. 库的开发：C++ 库的开发通常需要使用到类模板。库的设计者需要考虑到用户可能会使用不同类型的数据，因此要使用类模板来实现泛型。