C++ 复习总结记录六

模板初阶主要内容

1、泛型编程

2、函数模板

3、类模板

4、STL 简介

一泛型编程

如何实现一个通用的交换函数

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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;
}

使用函数重载虽然可以实现功能，但重载函数仅是类型不同，代码复用率低，只要有新类型出现时，需要增加对应函数；且代码可维护性比较差

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

二函数模板

2.1 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

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) {}

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

注意：typename 是用来定义模板参数关键字**，**也可以使用 class (不能使用 struct 代替 class )

2.2 原理

函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器根据调用类型产生特定具体类型函数的模具

在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器根据传入实参类型生成对应类型的函数以供调用（预处理阶段生成对应特定函数）

2.3 函数模板实例化

用不同类型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

1、隐式实例化：编译器根据实参推导模板参数实际类型

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template<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, 在编译期间, 编译器推导实参类型 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. 注意:在模板中, 编译器一般不会进行类型转换操作
 Add(a1, d1);
 */

    // 两种处理方式: 1.强制转化 2.使用显式实例化
    Add(a, (int)d);
    return 0;
}

2、显式实例化：在函数名后的 <> 中指定模板参数实际类型

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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

2.4 模板参数匹配原则

1、非模板函数可以和同名函数模板同时存在，且该函数模板还可被实例化为该非模板函数

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// 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 Add 版本
}

2、对于非模板函数和同名函数模板，若其它条件都相同，调用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。若模板可产生一个更匹配的函数，那么将选择模板

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// 专门处理 int 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匹配版本, 编译器根据实参生成更匹配的 Add 函数
}

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

三类模板

3.1 类模板定义格式

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

动态顺序表

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// 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)
        {}

    ~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

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// Vector类名, Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

四 STL 简介

4.1 STL 是什么

STL ( standard template libaray - 标准模板库 )，是 C++ 标准库的重要组成部分，是一个包罗数据结构与算法的软件库

STL 版本

【原始版本】Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费，唯一条件是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本 -- 所有 STL 实现版本的起源

【P. J. 版本】由 P. J. Plauger 开发，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名怪异

【RW 版本】由 Rouge Wage 公司开发，被 C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般

【SGI 版本】由 Silicon Graphics Computer Systems，Inc 公司开发，被 GCC(Linux) 采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程风格上看，可读性强

4.2 STL 六大组件

4.3 STL 缺陷

1、STL 库更新太慢了，上一版是 C++98，中间 C++03 基本一些修丁。C++11 出来后相隔了十几年，STL才进一步更新

2、STL 现在都没有支持线程安全，并发环境下需要自行加锁，且锁粒度比较大

3、STL极度追求效率，导致内部比较复杂。比如类型萃取，迭代器萃取

4、STL 使用会有代码膨胀问题，比如使用 vector 这样会生成多份代码，当然这是模板语法本身导致的

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