C/C++模板初阶

目录

[1. 泛型编程](#1. 泛型编程)

[2. 函数模板](#2. 函数模板)

[2.1 函数模板概念](#2.1 函数模板概念)

[2.1 函数模板格式](#2.1 函数模板格式)

[2.3 函数模板的原理](#2.3 函数模板的原理)

[2.4 函数模板的实例化](#2.4 函数模板的实例化)

[2.5 模板参数的匹配原则](#2.5 模板参数的匹配原则)

[3. 类模板](#3. 类模板)

[3.1 类模板的定义格式](#3.1 类模板的定义格式)

[3.2 类模板的实例化](#3.2 类模板的实例化)


**1.**泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢?

cpp 复制代码
void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

void Swap(double& left, double& right)
{
	double temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

void Swap(char& left, char& right)
{
	char temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

使用函数重载虽然可以实现,但是有一下几个不好的地方:

  1. 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
  2. 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?
    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。

**2.**函数模板

2.1****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。

2.1****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 ){}

cpp 复制代码
template<typename T>
void Swap( T& left, T& right)
{
 T temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

注意: typename 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)

2.3****函数模板的原理

那么如何解决上面的问题呢?大家都知道,瓦特改良蒸汽机,人类开始了工业革命,解放了生产力。机器生产淘汰掉了很多手工产品。本质是什么,重复的工作交给了机器去完成。有人给出了论调:懒人创造世界。
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, 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。

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

  1. 隐式实例化:让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
cpp 复制代码
ttemplate<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

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

	/*
	该语句不能通过编译,因为在编译期间,当编译器看到该实例化时,需要推演其实参类型
	通过实参a1将T推演为int,通过实参d1将T推演为double类型,但模板参数列表中只有一个T,
	编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错
	注意:在模板中,编译器一般不会进行类型转换操作,因为一旦转化出问题,编译器就需要背黑锅
	Add(a1, d1);
	*/

	// 此时有两种处理方式:1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
	//1.
	Add(a1, (int)d1);
	//2.
	Add<int>(a1, d1);

	return 0;
}
  1. 显式实例化:在函数名后的 <> 中指定模板参数的实际类型
cpp 复制代码
int main(void)
{
 int a = 10;
 double b = 20.0;
 
 // 显式实例化
 Add<int>(a, b);
 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****模板参数的匹配原则
  1. 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
cpp 复制代码
// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
	return left + right;
}
void Test()
{
	Add(1, 2); // 与非模板函数匹配,编译器不需要特化
	Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}
  1. 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
cpp 复制代码
// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

// 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); // 与非函数模板类型完全匹配,不需要函数模板实例化
	Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本,编译器根据实参生成更加匹配的Add函数
}
  1. 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

3.1****类模板的定义格式
cpp 复制代码
template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
 // 类内成员定义
};
cpp 复制代码
// 动态顺序表
// 注意: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
{
public:
	Vector(size_t capacity = 10)
		: _pData(new T[capacity])
		, _size(0)
		, _capacity(capacity)
	{}

	// 使用析构函数演示:在类中声明,在类外定义。
	~Vector();

	void PushBack(const T& data);
		void PopBack();
		// ...

		size_t Size() { return _size; }

	T& operator[](size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		return _pData[pos];
	}

private:
	T* _pData;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

// 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;
	_size = _capacity = 0;
}
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。

cpp 复制代码
// Vector类名,Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;
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