C++模板

〆草編戒指`灬.°

已于 2024-11-01 18:21:11 修改

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文章标签： c++ 算法数据结构

于 2023-02-17 11:12:03 首次发布

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C++模板(函数模板/类模板)

Ⅰ、编程

泛型编程：不再是针对某种类型，能适应广泛的类型
如下的交换函数：

//交换int类型
void Swap(int& left, int& right)
{
   
    int temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}
//利用C++支持的函数重载交换double类型
void Swap(double& left, double& right)
{
   
    double temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}

使用函数重载虽然可以实现不同类型的交换函数，但是有以下几个不好的地方：

重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数，使得代码重复性高，过渡冗余

代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

那能否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？

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），那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好，我们只需
在此乘凉。

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。模板分为如下两类:

函数模板

类模板

Ⅱ、函数模板

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、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) 
{
    
    //…… 
} 
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) 
template 是定义模板的关键字，后面跟的是尖括号 < >

typename 是用来定义模板参数的关键字

T1, T2, …, Tn 表示的是函数名，可以理解为模板的名字，名字你可以自己取。

因此，交换函数就可以这样套用模板：
template<typename T>//或者template<class T> 
void Swap(T& left, T&right)
{
    
    T tmp = left;
    left = right;
    right = tmp;
}   //我们在用 template< > 定义模板的时候，尖括号里的 typename 其实还可以写成 class： 
template<class T>     // 使用class充当typename （具体后面会说）
void Swap(T& rx, T& ry) {
     	
 	T tmp = rx; 	
 	rx = ry; 	
 	ry = tmp; 
}
虽然参数的名字我们可以自己取，但是我们一般喜欢给它取名为 T，因为 T 代表 Type（类型），有些地方也会叫 TP、TY、X ，或者
KV结构（key-value-store）

注意事项：函数模板不是一个函数，因为它不是具体要调用的某一个函数，而是一个模板。
“函数模板不是一个实在的函数，编译器不能为其生成可执行代码。定义函数模板后只是一个对函数功能框架的描述，当它具体执行时，将根据传递的实际参数决定其功能。” —— 《百度百科》

3、函数模板的原理

template<typename T>
void Swap(T& rx, T& ry) {
   
	T tmp = rx;
	rx = ry;
	ry = tmp;
}
 
int main(void)
{
   
	int a = 0, b = 1;
	double c = 1.1, d = 2.2;
	char e = 'e', f = 'f';
 
	Swap(a, b);
	Swap(c, d);
	Swap(e, f);
 
	return 0;
}

问题： 我上述交换函数调用过程中的Swap都是调用的同一个函数吗？

当然不是，这里我三次Swap不是调用同一个函数，其实我Swap的时候根据不同的类型通过模板定制出专属你的类型的函数，然后再调用，如下图：

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。