函数模板和模板函数(引用)

本文详细阐述了C++中函数模板的声明、模板函数的生成过程,以及如何处理模板函数中的异常情况。重点包括函数模板的声明方式、实例化过程,以及在模板实参不一致时的异常处理方法,旨在帮助开发者掌握这一高级特性。

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函数模板和模板函数(引用)

1.函数模板的声明和模板函数的生成

 

1.1函数模板的声明

函数模板可以用来创建一个通用的函数,以支持多种不同的形参,避免重载函数的函数体重复设计。它的最大特点是把函数使用的数据类型作为参数。

函数模板的声明形式为:

template<typename 数据类型参数标识符>

<返回类型><函数名>(参数表)

{

    函数体

}

其中,template 是 定义模板函数的关键字;template后面的尖括号不能省略;typename(或class)是声明数据类型参数标识符的关键字,用以说明它后面的标 识符是数据类型标识符。这样,在以后定义的这个函数中,凡希望根据实参数据类型来确定数据类型的变量,都可以用数据类型参数标识符来说明,从而使这个变量 可以适应不同的数据类型。例如:

template<typename T>

T fuc(T x, int y)

{

    T x;

    //……

}

如果主调函数中有以下语句:

double d;

int a;

fuc(d,a);

则系统将用实参d的数据类型double去代替函数模板中的T生成函数:

double fuc(double x,int y)

{

    double x;

    //……

}

函数模板只是声明了一个函数的描述即模板,不是一个可以直接执行的函数,只有根据实际情况用实参的数据类型代替类型参数标识符之后,才能产生真正的函数。

关键字typename也可以使用关键字class,这时数据类型参数标识符就可以使用所有的C++数据类型。

1.2.模板函数的生成

函数模板的数据类型参数标识符实际上是一个类型形参,在使用函数模板时,要将这个形参实例化为确定的数据类型。将类型形参实例化的参数称为模板实参,用模板实参实例化的函数称为模板函数。模板函数的生成就是将函数模板的类型形参实例化的过程。例如:

使用中应注意的几个问题:

⑴ 函数模板允许使用多个类型参数,但在template定义部分的每个形参前必须有关键字typename或class,即:

template<class 数据类型参数标识符1,…,class 数据类型参数标识符n>

<返回类型><函数名>(参数表)

{

     函数体

}

⑵ 在template语句与函数模板定义语句<返回类型>之间不允许有别的语句。如下面的声明是错误的:

template<class T>

int I;

T min(T x,T y)

{

   函数体

}

⑶ 模板函数类似于重载函数,但两者有很大区别:函数重载时,每个函数体内可以执行不同的动作,但同一个函数模板实例化后的模板函数都必须执行相同的动作

2 函数模板的异常处理

 

函数模板中的模板形参可实例化为各种类型,但当实例化模板形参的各模板实参之间不完全一致时,就可能发生错误,如:

template<typename T>       

void min(T &x, T &y)

{  return (x<y)?x:y;  }

void func(int i, char j)

{

   min(i, i);

   min(j, j);

   min(i, j);

   min(j, i);

}

例子中的后两个调用是错误的,出现错误的原因是,在调用时,编译器按最先遇到的实参的类型隐含地生成一个模板函数,并用它对所有模板函数进行一致性检查,例如对语句

min(i, j);

先遇到的实参i是整型的,编译器就将模板形参解释为整型,此后出现的模板实参j不能解释为整型而产生错误,此时没有隐含的类型转换功能。解决此种异常的方法有两种:

⑴采用强制类型转换,如将语句min(i, j);改写为min(i,int( j));

⑵用非模板函数重载函数模板

方法有两种:

① 借用函数模板的函数体

此时只声明非模板函数的原型,它的函数体借用函数模板的函数体。如改写上面的例子如下:

template<typename T>       

void min(T &x, T &y)

{  return (x<y)?x:y;  }

int min(int,int);

void func(int i, char j)

{

   min(i, i);

   min(j, j);

   min(i, j);

   min(j, i);

}

执行该程序就不会出错了,因为重载函数支持数据间的隐式类型转换。

② 重新定义函数体

就像一般的重载函数一样,重新定义一个完整的非模板函数,它所带的参数可以随意。C++中,函数模板与同名的非模板函数重载时,应遵循下列调用原则:

• 寻找一个参数完全匹配的函数,若找到就调用它。若参数完全匹配的函数多于一个,则这个调用是一个错误的调用。

• 寻找一个函数模板,若找到就将其实例化生成一个匹配的模板函数并调用它。

• 若上面两条都失败,则使用函数重载的方法,通过类型转换产生参数匹配,若找到就调用它。

•若上面三条都失败,还没有找都匹配的函数,则这个调用是一个错误的调用。

<think>首先,用户的问题是:“我想理解C++中模板函数函数模板的概念及其区别 请问C++ 模板函数函数模板的区别使用”。我需要基于提供的引用系统指令来回答。 系统指令: - 所有行内数学表达式必须使用 $...$ 格式。 - 独立公式必须使用 $$...$$ 格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如:[^1] - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题,尽量保证回答真实可靠。 - 参考站内引用:[^1], [^2], [^3]。 提供的引用内容: - [^1]: 介绍C++模板的基本概念:模板是建立一个通用函数或类,内部类型用虚拟类型代表,是泛型编程的基础。 - [^2]: 解释函数模板:用于生成函数模板,编译器根据使用情况创建具体函数,参数类型不同。 - [^3]: 展示普通函数函数模板的区别调用规则,包括二义性问题。 用户的问题是关于“模板函数函数模板”的区别使用。我需要澄清这些术语。 在C++中: - **函数模板 (Function Template)**: 这是一个模板,定义了一个通用的函数模式,其中类型是参数化的。例如:`template<typename T> T myAdd(T a, T b) { return a + b; }` - **模板函数 (Template Function)**: 这个术语有时被误用。实际上,函数模板实例化后生成的函数称为模板函数函数模板的特化。但在标准术语中,函数模板模板,而模板函数是实例化后的具体函数。 从引用[^2]中:"函数模板是用于生成函数模板"。引用[^3]中使用了"模板函数",可能指的是函数模板实例化后的函数。 所以,区别: - **函数模板 (Function Template)**: 是一个蓝图或模式,用于生成函数。 - **模板函数 (Template Function)**: 通常指函数模板被实例化后创建的具体函数。但有时人们互换使用这些术语,这可能导致混淆。 在回答中,我应该明确: - 函数模板是定义。 - 模板函数是实例。 现在,构建回答: 1. **结构清晰**:逐步解释概念。 - 先介绍模板概念。 - 然后解释函数模板。 - 最后讨论区别使用。 2. **使用中文**。 3. **引用标识**:在引用内容后添加[^1], [^2], [^3]。 4. **生成相关问题**:在最后添加相关问题部分。 5. **数学表达式**:用户问题中没有明显的数学内容,但如果有,确保使用$...$或$$...$$。这里可能不需要,除非涉及数学公式。 回答大纲: - **引言**:简要介绍C++模板。 - **函数模板的概念**:解释什么是函数模板,用例子。 - **模板函数的概念**:澄清术语,指实例化后的函数。 - **区别**:总结函数模板 vs. 模板函数。 - **使用**:如何定义使用,包括调用规则注意事项(如二义性)。 - **例子**:基于引用[^3]提供代码示例。 - **相关问题**:生成3-5个相关问题。 确保引用: - 当引用[^1], [^2], [^3]的内容时,自然地添加标识。 最终回答: - 以清晰的结构组织。 - 结束时添加"§§相关问题§§"部分。</think>### C++ 函数模板模板函数的区别使用 在C++中,模板是泛型编程的核心工具,允许编写独立于具体类型的代码。用户的问题聚焦于“函数模板模板函数”的概念区别以及实际使用。我将基于C++标准术语提供的引用内容,逐步解释这些概念,确保回答清晰可靠。以下内容参考了站内引用资料[^1][^2][^3]。 #### 1. **基本概念介绍** - **函数模板 (Function Template)**:这是一个通用函数蓝图,使用模板参数(如 `typename T`)表示未指定的类型。编译器在编译时根据实际调用参数类型生成具体函数函数模板模板本身,不是一个具体函数。 例如,引用[^2]中提到:“函数模板是用于生成函数模板。在编译阶段,编译器会根据函数模板的使用情况创建出函数名相同,参数类型不同的若干函数。” 定义示例: ```cpp template <typename T> T add(T a, T b) { return a + b; } ``` 这里,`add` 是一个函数模板,它定义了加法操作的通用模式,但 `T` 可以是 `int`、`double` 或任何支持 `+` 操作的类型。 - **模板函数 (Template Function)**:这个术语常被误用或混淆。在标准C++中,模板函数通常指函数模板被实例化后生成的具体函数。例如,当调用 `add<int>(10, 20)` 时,编译器会生成一个针对 `int` 类型的函数实例(即模板函数)。模板函数是编译后的实体,具有具体类型。 引用[^3]中的代码演示了这一点:当调用 `myAdd01(a, b)` 时,如果使用 `myAdd01<>(a, c)`,编译器会实例化模板函数。 **关键区别总结**: - **函数模板**:是模板定义(代码蓝图),使用 `template` 关键字声明,类型是泛化的(如 `T`)。 - **模板函数**:是函数模板实例化后的具体函数(编译后代码),类型已固定(如 `int` 或 `double`)。 简单来说,函数模板是“食谱”,而模板函数是“根据食谱做好的菜”。混淆这两个术语可能导致代码错误或二义性问题[^3]。 #### 2. **区别详述** - **定义方式**: - 函数模板:必须用 `template <typename T>` 开头,类型参数是虚拟的。 - 模板函数:无需额外定义,由编译器自动生成当函数模板被调用时。 - **使用场景**: - 函数模板用于编写通用代码,提高复用性(如支持多种类型的排序算法)。 - 模板函数用于实际执行,编译器根据调用参数推断类型(如 `add(3.14, 2.71)` 会生成 `double` 版本的函数)。 - **二义性问题**:如果同时存在普通函数函数模板,编译器优先调用普通函数,除非显式指定模板引用[^3]的代码展示了这一点: ```cpp int myAdd01(int a, int b); // 普通函数 template <typename T> T myAdd01(T a, T b); // 函数模板 // 调用时: myAdd01(10, 20); // 调用普通函数 myAdd01<>(10, 20); // 调用模板函数(实例化后) ``` 如果类型不匹配(如 `myAdd01(10, 3.14)`),可能导致编译错误或二义性,因此建议优先使用函数模板以避免冲突[^3]。 #### 3. **使用方法与最佳实践** - **定义函数模板**: - 使用 `template <typename T>` 声明类型参数。 - 在函数体中,使用 `T` 作为参数或返回类型。 - 示例(基于引用[^1]): ```cpp template <typename T> T max(T a, T b) { return (a > b) ? a : b; } ``` 编译器会根据 `max(5, 10)` 或 `max(5.5, 10.5)` 生成 `int` 或 `double` 版本的模板函数。 - **调用规则**: - **隐式实例化**:编译器自动推断类型,如 `add(3, 4)` 生成 `int` 模板函数。 - **显式实例化**:指定类型,如 `add<double>(3, 4.5)`,强制生成 `double` 版本。 - **重载函数模板**:可以定义多个模板参数(如 `template <typename T, typename U>`),或重载函数模板(如引用[^3]中的三参数版本)。 - **注意事项**: - 避免与普通函数重名,以减少二义性风险(引用[^3]强调:“如果有模板函数就尽量不用普通函数”)。 - 模板代码必须定义在头文件中,因为编译时需要完整定义。 - 性能:模板在编译时实例化,无运行时开销,但可能增加编译时间。 #### 4. **实际示例** 基于引用[^3],这里是一个完整示例,展示函数模板模板函数的交互: ```cpp #include <iostream> using namespace std; // 普通函数 int myAdd(int a, int b) { cout << "调用普通函数" << endl; return a + b; } // 函数模板 template <typename T> T myAdd(T a, T b) { cout << "调用模板函数" << endl; return a + b; } int main() { int x = 10, y = 20; cout << myAdd(x, y) << endl; // 优先调用普通函数 cout << myAdd<>(x, y) << endl; // 显式调用模板函数(实例化为int版本) double a = 3.14, b = 2.71; cout << myAdd(a, b) << endl; // 调用模板函数(编译器生成double版本) return 0; } ``` 输出: ``` 调用普通函数 30 调用模板函数 30 调用模板函数 5.85 ``` 此例中,`myAdd` 函数模板被实例化为模板函数(如 `int` 或 `double` 版本),而普通函数在参数匹配时优先。 #### 5. **总结** - **函数模板**:是泛型编程的基础,提供代码复用性,使用 `template` 定义。 - **模板函数**:是函数模板实例化后的具体函数,由编译器生成。 - 核心区别:函数模板是“蓝图”,模板函数是“成品”。正确使用可提升代码灵活性,但需注意二义性问题[^3]。 C++模板是强大工具,支持泛型算法如快速排序(类似引用[^1]中的泛型示例)。通过编译器实例化机制,模板函数在保证类型安全的同时,减少代码冗余。
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