文章目录
- 📝泛型编程
- 🌠 函数模板
- 🌉函数模板概念
- 🌉函数模板格式
- 🌉函数模板的原理
- 🌠函数模板的实例化
- 🌉模板参数的匹配原则
- 🌠类模板
- 🌉 类模板的定义格式
- 🌉类模板的实例化
- 🚩总结
📝泛型编程
泛型编程是一种编程范式,它允许程序员编写不依赖于特定数据类型的代码。在泛型编程中,程序员定义一些通用的算法和数据结构,这些可以在不同的数据类型上使用。
如：最开始的交换函数的时候，需要根据类型的交换，我们需要定义多个来造轮子：
typedef int Type;
void Swap(Type& left, Type& right)
{
Type temp = left;
left = right;
right = temp;
}
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，但是有一下几个不好的地方：
- 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
- 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，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同材料的铸件(即生成具体类型的代码），那将会节省许多头发。
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。
🌠 函数模板
🌉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。
🌉函数模板格式
语法格式：
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}
template <typename T>//这是函数模板的声明部分。
//也可以使用 class 关键字代替 typename,两者都可以
template <class T>
return_type function_name(parameter_list)
{
// function body
}
例如：
template<typename T>
//template<class T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
int main()
{
int a = 1, b = 2;
Swap(a, b);
cout << a << " " << b << endl;
double c = 3.1, d = 4.2;
Swap(c, d);
cout << c << " " << d << endl;
return 0;
}
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
注意：Swap在调用时，调用的不是void Swap(T& left, T& right)，而是编译器预先根据要调用的类型，进行推演。
编译器负责在编译时分析模板定义,并在需要时生成特定类型的代码，编译器会检查模板的语法,并确保模板的使用是合法的，编译器会根据实际使用的类型参数,生成相应的函数或类的实现。
00736405 call Swap<int> (07313ACh)
00736481 call Swap<double> (073144Ch)
这函数模版的的生成，是编译器来完成的。
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。
template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 10.1, d2 = 20.2;
Add(a1, (int)d2);
cout << Add(a1, (int)d2) << endl;
return 0;
}
严重性 代码 说明 项目 文件 行 禁止显示状态
错误C2784 “T Add(const T &,const T &)”:未能从“double”为“const T &”推导 模板 参数
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
此时有两种处理方式：
- 用户自己来强制转化
Add(a1, (int)d2);
- 使用显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
// 显式实例化
Add<int>(a, b);
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。
🌉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
// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
cout << "T Add(T left, T right)" << endl;
return left + right;
}
int main()
{
Add(1, 2);// 与非模板函数匹配，编译器不需要特化
cout << Add(1, 2) << endl;
Add<int>(1, 2);// 调用编译器特化的Add版本
cout << Add<int>(1, 2) << endl;
return 0;
}
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
//专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T1,class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
cout << "T1 Add(T1 left, T2 right)" << endl;
return left + right;
}
int main()
{
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
return 0;
}
- 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
对于模版T1 Add(T1 left, T2 right)不知道返回值是T1或T2，可以选择auto，auto虽然不太适合做返回值，但是对于简单普通函数操作，可以进行自动类型转换
//专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
cout << "int Add(int left, int right)" << endl;
return left + right;
}
//auto可作简单处理的函数返回值
template<class T1,class T2>
auto Add(const T1& left, const T2& right)
{
cout << "auto Add(const T1& left, const T2& right)" << endl;
return left + right;
}
int main()
{
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
cout << Add(1, 2) << endl;
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
cout << Add(1, 2.0) << endl;
return 0;
}
函数的返回值：应该显示使用，否则会报错
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
template<class T>
T* func(int a)
{
T* p = (T*)operator new(sizeof(T));
//动态分配了一块内存, 大小为 sizeof(T)
new(p)T(a);
// 在分配的内存上构造一个 T 类型的对象,并传递参数 a。
return p;
}
int main()
{
int* ret_1 = func<int>(1);
A* ret_2 = func<A>(1);
return 0;
}
🌠类模板
🌉 类模板的定义格式
template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};
例如：
template <typename T>
class Stack
{
public:
Stack()
: top(-1)
{}
void push(const T& item)
{
if (top == MAX_SIZE - 1)
{
throw "Stack overflow";
}
data[++top] = item;
}
T pop()
{
if (top == -1)
{
throw "Stack underflow";
}
return data[top--];
}
bool isEmpty() const
{
return top == -1;
}
bool isFull() const
{
return top == MAX_SIZE - 1;
}
private:
static const int MAX_SIZE = 100;
T data[MAX_SIZE];
int top;
};
int main()
{
Stack<int> intstack;
Stack<string> stringstack;
return 0;
}
模版Stack中只是提供了一个模具，具体印刷出什么模型，是由编译器最终实例化决定的，这里的模版不是最终版
注意：模版不建议声明和定义分离到.h 和.cpp会出现链接错误，要分离也分离在.h
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& item)
{
if (top == MAX_SIZE - 1)
{
throw "Stack overflow";
}
data[++top] = item;
// 扩容
//_array[_size] = data;
//++_size;
}
🌉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。
Stack<int> intstack;
Stack<string> stringstack;
🚩总结
