C++-模板初了解

模板初阶

泛型编程

在C语言的学习过程中,经常会出现这么一个场景,我们需要交换两个数,但是我们每次又在另一个场景中,所以需要立即重写一个swap()函数,这就浪费了大量的时间。

在C++的最开始我们学习了函数的重载,这解决了一些燃眉之急,但是当我们的类型多了,我们还是要不停的修改或者添加这么一类函数,时间还是被浪费了许多。这时候,新的知识就出来帮我们解决问题来了—-泛型编程

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和类模板两种。

函数模板

函数模板概念

函数模板代表了一个函数家族,该模板函数与类型无关,在使用时被参数化,根据参数类型产生函数的特定类型版本。

函数模板的格式
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
template<typename T1,typename T2,....,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}

template<typename T>
void Swap(T& a,T& b)
{
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}

typename是用来定义模板参数关键字,也可以使用class,但是不能用struct代替class

函数模板的原理

模板是一个蓝图,它本身并不是一个函数,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我们应该重复做的事交给了编译器

在编译器阶段,对于函数模板的使用,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swap函数的参数类型是double时,编译器根据传入的double将模板中的T变为double,然后产生一份专门处理double类型的代码,对于其他类型也是如此

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

隐式实例化

让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
template<class T>
T Add(const T& left,const T& right)
{
return left + right;
}

int main()
{
int a1=10,a2=20;
Add(a1,a2);
double d1=10.0,d2=20.0;
Add(d1,d2);

//Add(a1,d1);
//这样书写编译会报错,因为编译器不知道此时将T转换为什么类型
}

显示实例化

在函数名后<>中指定模板参数的实际类型

1
2
3
4
5
6
int main()
{
int a=10;
double b=20;
Add<int>(a,b);
}

如果类型不匹配,编译器会尝试进行隐式实例化,如果无法转换成功编译器将会报错

模板参数的匹配原则

1、一个非模板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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
int Add(int left,int right)
{
return left+right;
}
template<class T>
T Add(T left,T right)
{
return left + right;
}
int main()
{
Add(1,2);
Add<int>(1,2);
}

2、对于非模板函数和同名函数模板,如果条件都相同,在调动时会优先调动非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产出一个具有更好匹配的函数,那么将选择模板

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
int Add(int left,int right)
{
return left+right;
}
template<class T1,class T2>
T Add(T1 left,T2 right)
{
return left + right;
}
int main()
{
Add(1,2);
Add<int>(1,2);
}

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

类模板

类模板的定义结构
1
2
3
4
5
template<class T1,class T2,...,class Tn>
class 类模板名
{
//类内定义成员
};

模拟实现一个类模板Demo

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
template<class T>
class Vector
{
public:
Vector(size_t capacity = 10)
:_pData(new T[capacity])
,_size(0)
,_capacity(capacity)
{

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

void PopBack()
{
--_size;
}

size_t Size()
{
return _size;
}

T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _pData[pos];
}
~Vector()
{
if(_pData)
{
delete[] _pData;
}
}
private:
T* _pDate;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
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名字,而实例化的结果才是真正的类。

来试试上面写的类模板

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
int main()
{
Vector<int> s1;
s1.PushBack(1);
s1.PushBack(2);
s1.PushBack(3);
Vector<double> s2;
s2.PushBack(1.0);
s2.PushBack(2.0);
s2.PushBack(3.0);
for(size_t i = 0; i < s1.Size(); ++i)
{
cout<<s1[i]<<" ";
}
cout<<endl;
for(size_t i = 0; i < s2.Size(); ++i)
{
cout<<s2[i]<<" ";
}
cout<<endl;
}

模板1

模板理解起来非常简单,主要是怎么样去限定好在何时让编译器推演参数类型的转化。

-------------The End-------------