c++模版初阶(函数模板+类模板)-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/LJY_CF/article/details/143336995

泛型编程

1.1由来

看下面的代码

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;
}
......
虽然使用了函数重载，但不能看出代码的复用率很低一个填写错误将满盘皆输

所以能不能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？

那应如何提高-》泛型编程

1.2什么是泛型编程

核心思想是编写可重用的组件（如算法或数据结构）

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。

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）

2. 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。

2.1 函数模板格式

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，对于模板函数的使用，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，对于字符类型也是如此。

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。

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

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;
    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;
}

2. 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<int>(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

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);       // 与非模板函数匹配，编译器不需要特化
      Add<int>(1, 2);  // 调用编译器特化的Add版本
 }

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.

// 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
 }

3. 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

3. 类模板

3.1 类模板的定义格式

template<typename T1, typename T2, ..., typename Tn> 
//tmplate<class T1, class T2,.....,class Tn> 表示相同
class 类模板名
{
 // 类内成员定义
}; 
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)

3.2 好处

1.用来在一个类中可以建立两种不同类型的类，不用写两遍

using namespace std;
template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity=4)
	{
		_array = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
private:
	T* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};
int main()
{
	Stack<int> st1;    //int
	Stack<double> st2; // double
	return 0;
}

3.3写法要求（语法要点）

1当声明与定义分离时，只能在类中定义

且在类外就要在定义一遍

using namespace std;
template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity=4)
	{
		_array = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	void Push(const T& data);
private:
	T* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
	// 扩容
	_array[_size] = data;
	++_size;
}

3.2 类模板的实例化

只能显示实例化

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。
// Stack是类名，Stack<int>才是类型
Stack<int> st1;    // int
Stack<double> st2; // double