剖析C++模板（上）

最新推荐文章于 2025-04-09 19:42:28 发布

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文章标签： c++ 编译器 iterator string generator class

无类型的模板参数

这里有一个用来产生随机数的类，它可以接受一个的数字，然后通过重载()符号，来产生一个符合要求的随机数。具体代码如下：
　

//: C03:Urand.h

// Unique random number generator

#ifndef URAND_H

#define URAND_H

#include <cstdlib>

#include <ctime>

template<int upperBound>

class Urand

{

int used[upperBound];

bool recycle;

public:

Urand(bool recycle = false);

int operator()(); // The "generator" function

};

template<int upperBound>

Urand<upperBound>::Urand(bool recyc)

: recycle(recyc)

{

memset(used, 0, upperBound * sizeof(int));

srand(time(0)); // Seed random number generator

}

template<int upperBound>

int Urand<upperBound>::operator()()

{

if(!memchr(used, 0, upperBound))

{

if(recycle)

memset(used,0,sizeof(used) * sizeof(int));

else

return -1; // No more spaces left

}

int newval;

while(used[newval = rand() % upperBound])

; // Until unique value is found

used[newval]++; // Set flag

return newval;

}

#endif // URAND_H ///:~
　

类Urand工作原理是这样的：它保留了一个对所有可以取到的数字在随即空间里的MAP(映射)(随机数的上限通过参数传给模板)，并且给使用过的数字打上标记。可控的构造函数允许你在所有使用完所有资源后，重新回收再用。请注意：这个类是从优化速度的角度出发来实现功能的，所以它为所有实体都分配了映射空间。

缺省模板参数

关键字typename的使用

看下面的代码：
　

//: C03:TypenamedID.cpp

// Using 'typename' to say it's a type,

// and not something other than a type

template<class T> class X

{

// Without typename, you should get an error:

typename T::id i;

public:

void f() { i.g(); }

};

class Y

{

public:

class id

{

public:

void g() {}

};

int main()

{

Y y;

X<Y> xy;

xy.f();

} ///:~

从模板中的定义可以看出：我们假设了类T中含有某个嵌套在类内部的也可以用来声明变量的类型（type）——id。id可以是这个类T中的一个对象，通常情况下，你可以直接对id进行操作，但你不可以用id再creat一个其他的对象。然而在这里，在typename的帮助下，我们却做到了这一点。程序中Id被当作一个确确实实存在的类型来处理了，但如果我们丢掉了typename关键字，编译器就无法知道id 究竟是个什么东西了。

（在没有typename的时候）编译器会选择并区分我们在模板中定义的东西究竟是什么类型的，于是乎，它会把id当成其他的东西而不是一个类型（type），换句话说：它总是更乐意把标示看成一个对象（甚至是可变的私有类型），一个枚举或者什么类似的声明。当然，它不会的——也不能——就把它看成是一个（类型）type，它没这么聪明，当我们把id作为一个type使用的时候，编译器会无法理解的。

Typename关键字告诉了编译器把一个特殊的名字解释成一个类型，在下列情况下必须对一个name使用typename关键字：

1．一个唯一的name（可以作为类型理解），它嵌套在另一个类型中的。

2．依赖于一个模板参数，就是说：模板参数在某种程度上包含这个name。当模板参数使编译器在指认一个类型时产生了误解。

保险期间，你应该在所有编译器可能错把一个type当成一个变量的地方使用typename。就像上面那个例子中的T::id，因为我们使用了typename，所以编译器就知道了它是一个类型，可以用来声明并创建实例。

给你一个简明的使用指南：如果你的类型在模板参数中是有限制的，那你就必须使用typename.

用typename自定义一个类型

要知道typename关键字不会自动的typedef，

typename Seq::iterator It;

只是声明了一个Seq::iterator类型的变量，如果你想定义一个新类型的话，你必须这样：
　

typedef typename Seq::iterator It;

使用typename来代替class

详细介绍了typename的使用方法之后，我们现在就可以选择typename来取代class声明，这样可以增加程序的清晰度。
　

//: C03:UsingTypename.cpp

// Using 'typename' in the template argument list

template<typename T> class X { };

int main()

{

X<int> x;

} ///:~

你当然也会看到许多类似的代码没有使用typename关键字，因为模板概念诞生之后很久了,才有了typename关键字的加入。

函数模板

一个模板类描述的是一个无限的类的集合，你看到的是这些类中最普遍的地方。当然，C++也支持无限集合函数的概念，有是这是很有用的，这些东西实质上是一样的，除非你就是想声明一个函数而不是一个类。

你可能已经知道了，我们要创建模板函数的原因，就是因为我们发现很多函数看上去是完全一样的，除了他们所处理的类型不同以外。并且，一个函数模板在许多地方都是非常有用的，就像我们在第一个例子中阐述的和我们将看到的第二个例子，它使用了容器（containers）和陈述（iterators）。

字符串转换系统

//: C03:stringConv.h

// Chuck Allison's string converter

#ifndef STRINGCONV_H

#define STRINGCONV_H

#include <string>

#include <sstream>

template<typename T>

T fromString(const std::string& s)

{

std::istringstream is(s);

T t;

is >> t;

return t;

}

template<typename T>

std::string toString(const T& t)

{

std::ostringstream s;

s << t;

return s.str();

}

#endif // STRINGCONV_H ///:~
　

这里是测试程序，它包括了标准库complex的使用：
　

//: C03:stringConvTest.cpp

#include "stringConv.h"

#include <iostream>

#include <complex>

using namespace std;

int main()

{

int i = 1234;

cout << "i == \"" << toString(i) << "\"\n";

float x = 567.89;

cout << "x == \"" << toString(x) << "\"\n";

complex<float> c(1.0, 2.0);

cout << "c == \"" << toString(c) << "\"\n";

cout << endl;

i = fromString<int>(string("1234"));

cout << "i == " << i << endl;

x = fromString<float>(string("567.89"));

cout << "x == " << x << endl;

c = fromString< complex<float> >(string("(1.0,2.0)"));

cout << "c == " << c << endl;

} ///:~

输出结果是：

i == "1234"

x == "567.89"

c == "(1,2)"

i == 1234

x == 567.89

c == (1,2)

内存分配系统

在更安全使用malloc()、calloc()和realloc()等内存分配函数的议题中，我们有许多事可以做，接下来的函数模板处理了一个函数getmem()，这个函数即可以分配新的内存空间，或者调整以分配内存空间的大小，它把新空间全部置0，并检查操作是否成功。这样，你只需要告诉它需要多少空间就行了，还减少了程序出错的可能。
　

//: C03:Getmem.h

// Function template for memory

#ifndef GETMEM_H

#define GETMEM_H

#include "../require.h"

#include <cstdlib>

#include <cstring>

template<class T>

void getmem(T*& oldmem, int elems)

{

typedef int cntr; // Type of element counter

const int csz = sizeof(cntr); // And size

const int tsz = sizeof(T);

if(elems == 0)

{

free(&(((cntr*)oldmem)[-1]));

return;

}

T* p = oldmem;

cntr oldcount = 0;

if(p)

{

// Previously allocated memory

// Old style:

// ((cntr*)p)--; // Back up by one cntr

// New style:

cntr* tmp = reinterpret_cast<cntr*>(p);

p = reinterpret_cast<T*>(--tmp);

oldcount = *(cntr*)p; // Previous # elems

}

T* m = (T*)realloc(p, elems * tsz + csz);

require(m != 0);

*((cntr*)m) = elems; // Keep track of count

const cntr increment = elems - oldcount;

if(increment > 0)

{

// Starting address of data:

long startadr = (long)&(m[oldcount]);

startadr += csz;

// Zero the additional new memory:

memset((void*)startadr, 0, increment * tsz);

}

// Return the address beyond the count:

oldmem = (T*)&(((cntr*)m)[1]);

}

template<class T>

inline void freemem(T * m) { getmem(m, 0); }

#endif // GETMEM_H ///:~

为了能够清空新的内存空间，程序分配了一个计数器来记录有多少个内存块被分配了，typedef cntr就是这个计数器的类型。

有一个指针的引用（oldmem）非常关键，因为在我们分配新内存空间的时候，原来的内存头指针就改变了，这个可以帮我们找回头指针。

如果参数传递的是0，这块内存就被释放掉，这是附加功能freemem（）所借用的。

你会发现getmem的操作是相当底层的，这里有许多类型和字节的操作，例如，指针oldmem并没有指向内存的开始空间，它把内存的起始空间让给计数器使用。所以，当我们要free()这块内存，getmem()必须倒退这个指针cntr所占用的字节数，因为oldmem是一个T*，它必须首先被转换成cntr*，然后索引倒退一个位置，最后在该地址执行free():
　

free(&(((cntr*)oldmem)[-1]));
　

类似的，如果预先分配过内存，getmem()也必须先拿到目前内存的分配情况，然后再重新计算调用realloc()的方法。如果尺寸增加了，为了清空新的地址空间，我们就必须算出，使用memset的起始地址，最后，oldmem的地址依然是越过计数器的地址空间。
　

oldmem = (T*)&(((cntr*)m)[1]);
　

重申：因为oldmem是一个对指针的引用，它将可以改变外界传进来的任何参数

这里有一个测试getmem()的程序：
　

//: C03:Getmem.cpp

// Test memory function template

#include "Getmem.h"

#include <iostream>

using namespace std;

int main()

{