1.模板
1.1泛型编程
在之前的文章中讲过C++支持函数重载,比如实现一个交换函数,可以是不同的数据类型,但是这样,需要增加大量函数,且可维护度比较低。
如:
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,但是有以下几个不好的地方:
a) 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
b)代码的可维护性比较低,一个出错可能所有的重载均出错
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)。
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
1.2.1 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。
1.2.2 函数模板格式
template<typename T1,typename T2,typename T3.......>
返回值类型 函数名(参数列表){}
例如:
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(!!!一定不能使用struct代替 class)
1.2.3 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
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。
1.2.4 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。
1. 隐式实例化:让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
例如:
template<class T> T Add(const T& a,const T& b) { return a + b; } int main() { int a = 1; int b = 3; double d1 = 2.2; double d2 = 3.3; cout << Add(a, b) << endl; cout << Add(d1, d2) << endl; }
结果:
注意:不能混合int类型,和double使用
例如:
Add(a, d1);
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a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。
有两种处理方式:
a)用户自己来强制转化
Add(a, (int)d);
b)使用显式实例化
2. 显示实例化:在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
例如:
template<class T> T Add(const T& a,const T& b) { return a + b; } int main() { int a = 1; int b = 3; double d1 = 2.2; double d2 = 3.3; cout << Add<int>(a, d2) << endl; return 0; }
结果:
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。
1.2.5 模板参数的匹配原则
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
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
return left + right;
}
void Test()
{
Add(1, 2);
Add<int>(1, 2);
}
Add(1, 2)与非模板函数匹配,编译器不需要特化 Add<int>(1, 2)调用编译器特化的Add版本
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
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
return left + right;
}
void Test1()
{
Add(1, 2);
Add(1, 2.0);
}
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
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
1.3. 类模板
1.3.1 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(栈):
#include<iostream>
using namespace std;
// 类模版
template<typename T>
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 4)
{
_array = new T[capacity];
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(const T& data);
private:
T* _array;
size_t _capacity;
size_t _size;
};
注意:
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
_array[_size] = data;
++_size;
}
模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误。(且听小编后面文章讲述)
1.3.2 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。
例如:
Stack<int> st1; // int
Stack<double> st2; // double
Stack是类名,Stack才是类型
2.STL简介
2.1. 什么是STL
STL(standard template libaray-标准模板库):是C++标准库的重要组成部分,不仅是一个可复用的组件库,而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。
2.2 STL的版本
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。唯一的条件就是也需要向原 始版本一样做开源使用。 HP 版本--所有STL实现版本的始祖。
P. J. 版本:
由P. J. Plauger开发,继承自HP版本,被Windows Visual C++采用,不能公开或修改,缺陷:可读性比较低,符号命名比较怪异。
RW版本:
由Rouge Wage公司开发,继承自HP版本,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,继承自HP版 本。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,阅读性非常高。 STL要阅读部分源代码,主要参考的就是这个版本。
2.3 STL的六大组件
这里可以理解,算法就是一些成员函数,容器就是之前的数据结构,空间配置器就是内存池。