C++ 模板(基础)

news2024/11/24 5:29:12

前言:

C++ 中的模板是一个强大的功能,允许程序员编写通用的代码,这些代码可以处理任何数据类型。模板使得代码更加灵活和可重用,而不必为每种数据类型编写重复的代码。下面详细解释 C++ 中的模板

内容摘要:

本文内容包含最基本的函数模板和类模板的基础认识和使用,然后通过另一个角度,从函数模板的特化方面,介绍了函数模板的特化和类模板的特化,分析了模板为什么一般不能通过分离编译实现的原理,最后将模板的优劣势进行总结。

函数模板

在C语言中,我们要实现一个两数之和,当我们是实现出一个整数的加法函数进行两个整数的加法,当我们又有需求进行含有小数的数据运算时,浮点数进行隐式类型转换调用我们写的那个整形的加法函数,最后运算出来的结果会造成精度的丢失,要想进行精度的保留,我们又需要重新写一个结构一模一样的函数,只是数据的类型发生了改变,这就让人很难受,因此C++ 中提出泛型编程的概念,通过函数模板可以完美解决问题。

函数模板的格式 

关键字template + <class/typname T>
这里class和typname是等价的 这里模板参数可以用任意字母 一般用T

通过关键字template 告诉编译器我们下面写的这个函数是一个函数模板

当函数模板被调用时,模板参数T会进行实例化相对应的类型,例如当我们传参进行两个整数的运算时,模板参数T自动实例化成int,同理,当我们传参浮点数进行运算时,T会实例化出double。

类模板

类模板格式

类模板的格式和函数模板相同

关键字template + <class/typname T>
这里class和typname是等价的 这里模板参数可以用任意字母 一般用T

类模板通过类似于函数传参将模板参数进行实例化

通过之前的学习我们接触过的类模板参数用途有好几种,其一就是例如C++标准库中的容器vector,通过类模板参数T,实现容器各种不同数据类型数据的存储,这里能够更好的体会泛型编程的好处,要是C++没有引入泛型编程,vector底层通过函数重载,得写各种类型存储vector容器。其二就是在模拟实现list中的时候,见识到了通过多定义模板参数更简洁高效实现了普通迭代器和const迭代器;其三,在实现反向迭代器时,利用类模板参数,通过正向迭代器复用进行实现

类型模板参数解决typedef后只能存储单个数据的窘境

非类型模板参数

非类型模板参数可以增强模板的灵活性,它允许模板定义中使用常数作为模板参数

类型模板参数和非类型模板参数的区分

类型模板参数顾名思义,用来表示数据的类型的例如通过静态数组类模板中的T,非类型模板参数,而N就属于非类型模板参数

利用非类型模板参数定义静态数组类,通过宏也可以进行实现,但是会出现局限,例如以上代码当我们想要进行将静态数组a1开十个空间,将静态数组a2开二十个空间时,通过宏就没有办法进行解决,但是通过非模板类型参数就可以轻易解决。

非类型模板参数的注意事项

  • 能够作为非类型模板参数的只能是整形家族中的 例如 int、size_t、long、char、bool
  • 非类型模板参数在编译期就能够确认结果

模板的特化

函数模板的特化

通过特化去解决特别的问题,例如我们想要取通过指针比较指针指向的地址处数据的大小,如果我们不进行处理直接用指针进行比较的话,比较的是指针指向的地址在进行比较,显然这并不是我们想要的结果,所以说不符合模板的情况下我们需要进行特化处理。

函数模板特化的格式:

template<>
函数类型 函数名<函数特化的类型>(形参)

注意:函数形参表的类型和个数必须和模板函数相同,否则编译器会报一些奇奇怪怪的错误

解决办法:

方法一:通过函数重载进行解决

方法二:通过函数模板的特化进行解决

思考:当出现模板解决不了的问题,两种解决办法的代码都存在时,会走哪一部分的代码去解决问题呢??当然是函数重载啦,因为函数重载是直接给出来的,而函数模板的特化还是需要实例化出来相对应的类型,然后再进行走函数特化的部分。

在涉及到模板处理不了的问题时,我们一般通过函数重载进行解决,函数重载的代码可读性高。

类模板的特化

同样是去处理通过模板难以处理的问题

全特化

全特化是将模板所有的模板参数都进行确定化


偏特化

偏特化是一种对于模板加了一些限制,分为部分特化和参数进一步限制两种类型

  • 部分特化

将一部分的参数进行特化处理

  • 参数进一步限制

将参数进行进一步限制,所设计的一个特化版本

模板的分离编译

什么是模板的分离编译

一个程序有多个源文件共同组成,每个源文件又会单独编译成目标文件(例如,.o.obj文件),然后通过链接器生成可执行文件

对于我们程序来说通过使用分离编译能够增强代码的可维护性,我们通常都会使用分离编译和模块化进行程序的开发,但是模板的分离编译并不是这样,使用模板的函数和类都不建议使用模板的分离编译,那么这是为什么呢,我们下面通过分析解决一下这个问题。

假如进行模板分离编译

使用模板的注意事项:

不将模板进行分离编译,防止出现链接不上

若进行分离编译,进行显示实例化(不推荐使用)

模板总结

优点:

通过使用模板,节省资源,增加开发效率

缺点:

代码膨胀,编译速率变慢

出现模板编译错误时,错误信息非常凌乱,不易定位错误

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