C++函数模板，类模板

news2025/1/22 12:49:42

C++函数模板，类模板

1.函数模板
- 1.1函数模板的概念
- 1.2函数模板的格式
- 1.3函数模板的原理
- 1.4函数模板的实例化
- 1.5模板参数的匹配原则
2.类模板
- 2.1类模板的定义格式
- 2.2类模板的实例化

1.函数模板

1.1函数模板的概念

在C++中，函数模板是一种通用的函数定义，可以用于处理不同类型的数据。它允许我们编写一个通用的函数，可以在需要时自动根据传递给函数的参数类型生成相应的函数实例。
函数模板使用关键字template或者class来定义，并在其后面跟一个或多个模板参数。模板参数可以是类型参数、非类型参数或模板参数包。类型参数表示要处理的数据类型，非类型参数表示常量或值，而模板参数包表示一组参数。

比如我们写一个交换函数：

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;
}

对于不同类型的交换，我们都得写一个与之对应类型的交换函数。但是这些函数除了类型不一样之外交换方式都是一摸一样的。
所以C++中有了泛型编程的概念。
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。

1.2函数模板的格式

template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>
返回值类型函数名(参数列表){}

template<typename T>
//也可写成：template<class T>
void Swap( T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

1.3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。

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

	int main()
	{
		int a = 1;
		int b = 2;
		double c = 1.1;
		double d = 2.2;

		Swap(a, b);
		Swap(c, d);
		return 0;
	}

我们看上述的代码，这两个swap函数是调用的同一个swap函数吗？
答案是否定的，两个swap函数分别调用的是两个不一样的函数。
我们可以从汇编角度上找到我们的答案：
int类型的去调用了int类型的Swap函数，double类型的去调用了double类型的Swap函数。
也就是说我们可以理解为，函数模板是一个接收类型的中转站，模板接收到了传过来的实参类型之后，编译器会自己对应着生成相应类型的函数进行编译。

1.4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。

隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
上面的Swap(a, b)就是隐式实例化，模板自动推导出a，b的类型为int。
那么如果是这样的代码呢？

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

int main()
{
	int a = 1;
	double d = 2.2;

	Swap(a, d);
	return 0;
}

此时a的类型是int，d的类型是double，这个时候模板就推到不出来是什么的类型了。
这个时候就要用到显式实例化。

显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

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

int main()
{
   int a = 1;
   double d = 2.2;

   Swap<int>(a, d);//显式实例化
   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。

有些情况是必须要使用显式实例化的：

template <class T>
T* fun(int n)
{
	T* ret = new T[n];
	return ret;
}

int main()
{
	fun<int>(10);//这里必须显式实例化
	return 0;
}

1.5模板参数的匹配原则

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

void Swap(int& left, int& right)
{
	int tmp = left;
	left = right;
	right = tmp;
}

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

int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;

	Swap(a, b);//调用非模板
	Swap<int>(a, b);//调用函数模板
	return 0;
}