C++ 初识模板

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泛型编程

函数模板

类模板

非类型模板参数

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• 泛型编程

若我们要写一个swap交换函数，当交换的两个变量为int型，swap函数的参数类型为int；当交换的两个变量为double型，那么就要重载一个swap函数，参数变为double型。若出现新类型时，就需要增加对应的函数。这样就使得代码的可维护性变低，一出错可能所有的重载均出错。

要解决上面这个问题我们就要用到一种手段：模板。

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。

模板又分为：函数模板、类模板。

 

• 函数模板

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。

格式为：

            template<typename T1,....typename T2,typename T3> （typename可以换为class，但不能使用struct代替class）

            返回值类型 函数名(参数列表){}

//模板并不是函数，是编译器用使用方式产生的具体类型函数的摸具
//编译阶段，编译器根据传入的实参类型来推演生成相对应的函数。
template<class T>
void swap(T& a,T& b)
{
    T tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}
int main()
{
    int a=0, b=1;
    double c=2.2, d=3.3;
    
    swap(a,b);
    swap(c,d);  //两者没有调同一个swap，仍旧存在两个swap,由编译器生成
}

函数模板的实例化就是用不同类型的参数使用函数模板。它又分为：隐式实例化、显示实例化。

隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型。

上述例子中若加一句 swap（a, c），这是不能通过编译的。因为编译期间，编译器看到该实例化时，需要推演其 实参类型。通过a将T推演为int，通过c将T推演为double，但模板参数列表只有一个T，所以编译器无法确定T的类型而报错。

如果非要执行这句代码，那要怎么办呢？

     1.强转：swap（a, (int)c）;

     2.使用  显示实例化

显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

上面的那句代码就可以改为：swap<int>（a, c）;

若类型不匹配，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。

 

函数模板的匹配原则：

1.一个非模板函数可以和一个同名参数模板同时存在，而且该函数模板可以被实例化为这个非函数模板

2.如果非模板函数和模板函数条件相同，优先使用非模板函数，如果模板函数可以产生一个更好的匹配函数，那将选择模板

3.显示指定一个空的模板实参列表，该语法告诉编译器自由模板才能匹配这个调用，而且所有的模板参数都应该根据实参演绎出来

4. 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

看看下面的测试代码：

// 1.专门处理int的加法函数 
int Add(int left, int right) 
{    
    return left + right; 
}
 
// 2.通用加法函数 
template<class T> 
T Add(T left, T right) 
{    
    return left + right; 
}

// 3.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);       // 调 1
	Add<int>(1, 2);  // 调 2
	Add(1, 2.0);     // 调 3 
	Add<>(1, 2);     // 调 2
}

 

• 类模板

        格式：

template<class T1,class T2,……class Tn>
class 模板名
{
    //类成员变量
}

        例：

//实现一个简单的动态顺序表
//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 {
private:
	T * _pdata;
	int _size;
	int _capacity;

public:
	Vector(size_t capacity)
		:_pdata(new T[capacity])
		, _size(0)
		, _capacity(capacity)
	{}

	void PushBack(const T& data) {    
		_pData[_size++] = data;   
	}

	void popback()
	{
		--_size;
	}

	~Vector();
};

// 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(_pData)    
    {        
        delete[] _pData;
    }
}

类模板的实例化 ：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。

例：

Vector<int> s1；

Vector<double> s2; 

 

• 非类型模板参数

就是用一个常量作为类(函数)模板的一个参数，在类(函数)模板中可将该参数当成常量来使用。

template<class T, size_t N = 10>
class Array {  
private:    
    T _array[N];    
    size_t _size;
}；

注意：

1. 大部分非类型模板参数都是整形，浮点数、类对象以及字符串不能作为非类型模板参数的。

2. 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。