【C++】浅谈模板

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#服务器 #前端 #c++

于 2022-09-26 10:52:51 首次发布

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1、模板引入

1.1 泛型编程

泛型编程是编写与类型无关的通用代码，是代码复用的手段。

我们在日常编写程序的过程中，经常涉及到代码复用的问题，大部分代码内容是相同的，但是涉及的数据类型等可能不同，虽然我们使用函数重载可以实现，但是这样会使代码变得十分冗余。

为了使代码更加简洁，同时提高代码的可维护性，这样我们就引入了模板，来实现泛型编程——模板是泛型编程的基础。

模板可分为函数模板、类模板两类。

2、函数模板

2.1 函数模板的概念

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，实例化的时候进行参数推演，根据实参类型产生函数的特定类型版本。

2.2 函数模板的使用语法

template<typename T1,typename T2,...,typename TN>

template : 模板的关键字
typename : 用来定义模板参数关键字，可以用class进行替换，两者没有本质区别
T1，T2，... ，TN : 类型名称，可以自己随便取，习惯用大写字母或者以大写字母开头的单词

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，它会根据传入参数进行推演，然后生成相应的函数以供调用。

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。

2.4.1 隐式实例化

让编译器自己推演函数参数的类型——

template<typename T>
T Add(const T& x, const T& y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	cout << Add(1, 2) << endl;//调用函数时，T会隐式转换成int类型

	cout << Add(1.1, 2.2) << endl;//调用函数时，T会隐式转换成double类型

    cout << Add(1.1, 2) << endl;//编译出错
	return 0;
}

但是此时会出现一个问题——函数传参时，如果是指定类型是可以进行隐式类型转换的，但是如果是模板类型是不能进行隐式类型转换的。前者编译通过，在传参时会进行隐式类型转换；后者编译都不通过，在推演实例化的时候就会报错，都到不了传参那步，所以不能进行隐式类型转换。想要解决这个问题就只能进行强制类型转换或者显式实例化——

2.4.2 显式实例化

在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型——

template<typename T>
T Add(const T& x, const T& y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	cout << Add<int>(1, 2.2) << endl;//显式实例化，T会推演成int
	cout << Add<double>(1.1, 2) << endl;//显式实例化，T会推演成double

	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 函数模板的匹配原则

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。
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。
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

如果在一个main函数中想要定义两个类型不同的类，就要自己手写两个只是类型不同的类，typedef是不能实现的，为了是代码更加简洁，也就引入了类模板。

3.1 类模板的使用方法

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

3.2 类模板的实例化

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。类模板都是显式实例化使用。

template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
		:_a(nullptr)
		, _top(0)
		, _capacity(0)
	{
		if (capacity > 0)
		{
			_a = new T[capacity];
			_capacity = capacity;
			_top = 0;
		}
	}

	~Stack()
	{
		delete[] _a;
		_a = nullptr;
		_capacity = 0;
		_top = 0;
	}


private:
	T* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};

int main()
{
	Stack<int> s;//必须要使用<>来显式实例化

	return 0;
}

同时，类模板也是可以给缺省参数的，此时的缺省参数实际是一种确定的类型——

stack st;//这种用法是错的
stack<> st;//这种才是对的，<>不能少

注：模板不支持分离编译——声明放在.h里，定义放在.cpp里，但是放在同一个文件中是可以的。类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表。