C++模板初阶

最新推荐文章于 2025-04-26 00:02:42 发布

三小尛

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文章标签： c++ 开发语言

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/N_N12/article/details/144377097

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一、函数模板

1.1函数模板的感念

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时会被参数化，根据实参类型产生函数的特定类型版本

1.2函数模板的用法

在C++中，我们在写一个交换函数时，由于需要交换变量的类型不同，我们通过函数重载来写多个交换函数以达到需求。

void Swap(int& a, int& b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}
void Swap(double& a, double& b)
{
	double tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}
void Swap(char& a, char& b)
{
	char tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}

但这样有几个不好的地方：

1.重载的函数仅仅是类型不同，代码的复用率较低，只要有新类型的出现，就需要用户自己增加对应类型的函数

2.代码的可维护较低，一个出错可能会造成所有的重载函数均出错

为了避免以上错误的出现，我们就需要创造一个模子，让编译器根据这个模子自己生成符合各自类型的相对应的函数。基于此，“模板”的概念便应运而生。

模板格式

template<class T1,class T2,....,class Tn>
返回值类型 函数名（参数列表）
{
    函数体;
}

有了模板，在写交换函数时我们就不需要再写多个Swap函数了，我们只需要写一个模板函数，如下：

template<typename T>
void Swap(T& p1, T& p2)
{
	T tmp = p1;
	p1 = p2;
	p2 = tmp;
}

注意：typename是用来定义模板参数的关键字，也可以使用class（这里不能用struct替代）

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。如传入的实参类型是int类型时，编译器会根据传入的实参类型，将T确定为int，自动生成一份处理int类型的代码

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：隐式实例化和显示实例化。

1.隐式实例化：让编译器根据实参的类型推演模板参数的实际类型

template <class T>
void Swap(T& p1, T& p2)
{
	T tmp = p1;
	p1 = p2;
	p2 = tmp;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	Swap(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	double m = 1.2, n = 2.1;
	Swap(m, n);
	cout << "m = " << m << endl;
	cout << "n = " << n << endl;
	return 0;
}

运行结果：

2.显示实例化：在函数名后面加<>，并在<>中指定模板参数的实际类型

template <class T>
T Add(T a, T b)
{
	return a + b;
}
int main()
{
	double a = 1.2；
    int b = 2;
	cout << Add(a, (double)b) << endl; //强制转换
	cout << Add<int>(a, b) << endl;    //显示实例化
	return 0;
}

运行结果：

1.3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

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)
{
	cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
	return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
	cout << "T Add(T left, T right)" << endl;
	return left + right;
}
int main()
{
	Add(1, 2); // 与非模板函数匹配，编译器不需要特化
	cout << "------------------------------" << endl;
	Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
	return 0;
}

运行结果：

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

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
	cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
	return left + right;
}// 通用加法函数
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
	cout << "T1 Add(T1 left, T2 right)" << endl;
	return left + right;
}
int main()
{
	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
	cout << "------------------------------" << endl;
	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
	return 0;
}

运行结果：

二、类模板

1.类模板的定义格式

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

// 动态顺序表
// 注意：Vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template<class T>
class Vector
{ 
public :
Vector(size_t capacity = 10)
: _Data(new T[capacity])
, _size(0)
, _capacity(capacity)
{}

// 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。
~Vector();

size_t Size() 
{
    return _size;
}
T& operator[](size_t pos)
{
    assert(pos < _size);
    return _Data[pos];
}
private:
    T* _Data;
    size_t _size;
    size_t _capacity;
};

// 注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
    if(_Data)
    delete[] _Data;
    _size = _capacity = 0;
}