C++模版初阶

news2024/12/22 17:56:20

泛型编程

如下的交换函数中，它们只有类型的不同，应该怎么实现一个通用的交换函数呢？

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？

如果在C++中，也能够存在这样一个模具，通过给这个模具中更换不同的字体(类型)，来获得不同的模版(即生成具体类型的代码），那将会节省许多头发和时间。巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉。有了如上图的思想，我们也可以创建这样的一个模版！就有了泛型编程。
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。

模版分为：

函数模版：

函数模版概念：

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：

格式：template<typename Type>
template<class Type>

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)

函数模版原理：

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，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。

函数模版实例化：

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

显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

模版参数的匹配原则：

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；
2. 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；

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。

可以理解为：

类模版

类模版的定义格式：

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

类模版实例化：

#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4);

	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;

		delete[] _a;
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}

	void Push(const T& x)
	{
		//...
	}

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

//类模版不能将定义和声明在不同的文件
//类外定义
template<class T>
Stack<T>::Stack(int n)
{
	cout << "Stack(int n = 4)" << endl;

	_a = new T[n];
	_top = 0;
	_capacity = n;
}

int main()
{
	//在普通的类中：类名就是类型
	//在类模版实例化的类中：类名不是类型，类名<数据类型>才是类型
	Stack<int> st1;//显示实例化
	Stack<double> st2;

	//显示实例化的类型不同，它们就是不同的类
	//st1 = st2;//一个是Stack<int>  一个是Stack<double>

	return 0;
}