C++模板初阶

C++模板初阶

文章目录

​​前言​​​​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 函数模板的实例化​​​​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​​

​​总结​​

前言

模板这一章的思想就是所谓的泛型编程，就是同一类问题，将相比于Add函数，可能参数不同就需要写多个函数，但是思想是一样的，本章就来讲讲模板去解决同一类的问题！

​​正文开始​​

一、泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？

void Swapii(int* p1,int* p2){ int tmp = *p1; *p1 = *p2; *p2 = tmp;}void Swapdd(double* p1, double* p2){ double tmp = *p1; *p1 = *p2; *p2 = tmp;}void Swapcc(char* left, char* right) { char temp = *left; *left = *right; *right = temp;}......

这是C语言的，还不能支持函数重载

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;}......

C++支持函数重载后，这一份重复代码我们写了三遍，看起来有点冗余。

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：重载的函数仅仅只是类型不同，代码的复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要增加对应的函数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子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？

类似于这种一个模子可以得到三种颜色的旗帜！

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 (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。

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 template 返回值类型 函数名(参数列表){}

//template //Typetemplate //定义模板参数T可以用typename，也可以用class，都一样void Swap(T& x1,T& x2){ T tmp = x1; x1 = x2; x2 = tmp;}

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

2.4 函数模板的实例化

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 化隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

templatevoid Swap(T& x1,T& x2){ T tmp = x1; x1 = x2; x2 = tmp;}templateT Add(const T& x1, const T& x2) { return x1 + x2;}int main() { int a = 1; int b = 2; Swap(a, b); double c = 1.1; double d = 2.2; Swap(c,d); //编译器会通过实参推形参的类型T分别为int和double //这种方式是隐式实例化 cout << Add(a, b) << endl; cout << Add(c, d) << endl; Add(a, c); /* 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;}

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(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

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 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(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本}

在反汇编中我们可以看到两个实参调用的函数是不同的

模板调用，有现成匹配的函数，绝对不去实例化 有更匹配的，优先匹配类型最合适的

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

// 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templateT1 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}

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

templateclass 类模板名{ // 类内成员定义};

//类模板namespace ROSE{ template class vector { public: vector() :_a(nullptr) , _size(0) , _capacity(0) {} //拷贝构造和operator= 这里涉及深浅拷贝问题，还挺复杂，后面具体在讲 ~vector() { delete[] _a; _a = nullptr; _size = _capacity = 0; } void push_back(const T& x) { if (_size == _capacity) { int newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2; T* tmp = new T[newcapacity]; if (_a) { memcpy(tmp, _a, sizeof(T) * _size); delete[] a; } _a = tmp; _capacity = newcapacity; } _a[_size] = x; _size++; } //引用返回可以读+写 T& operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _a[pos]; } size_t size() { return _size; } private: T* _a; size_t _size; size_t _capacity; };}int main() { ROSE::vector v1;//存int for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++) { cout << v1[i] << endl; } ROSE::vector v2;//存double return 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才是类型 Vector s1; Vector s2;

总结

例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了关于C++中模板的使用，给C++的使用带来了方便，本章比较容易理解，就是套着模板使用即可！ 感谢大家三连支持~~

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