C++模板
- 模板的引入
- 函数模板
- 函数模板的实例化
- 模板参数匹配原则
- 类模板
- 类模板的定义格式
- 类模板的实例化
- 🍀小结🍀
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模板的引入
在我们平时写一个Swap交换函数需要这样写>
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;
}
可以看到当我们有三种不同的类型需要交换的时候就要写三种交换函数，使用函数重载虽然可以完成对不同类型进行不同处理，但是他也有一些不好的地方>
- 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.
那么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？
答案是当然有的。
那就是我们本篇主要介绍的模板。
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。
template<typename T1, typename T2, ......,typename Tn>或者template<class T1, class T2, ......,class Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}
有了函数模板的概念我们就可以使用函数模板来对上面三种类型的函数进行改进>
template<class T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}
int main()
{
int a = 0, b =1;
double x = 1.1, y = 2.1;
cout << "交换前：" << a << " " << b << endl;
Swap(a, b);
cout << "交换后：" << a << " " << b << endl;
cout << "交换前：" << x << " " << y << endl;
Swap(x, y);
cout << "交换后：" << x << " " << y << endl;
return 0;
}
可以看到我们用函数模板实现的函数可以帮我们完成不同的数据类型进行调用。
那他们两个是不是调用的同一个函数呢？
我们来通过汇编代码来看>
通过汇编指令可以看出他并不是调用了同一个函数，而是通过函数模板生成了不同类型的函数.
当然c++库中有自己的交换函数swap(小写swap)以后我们就不用自己写Swap函数了，库中也是通过模板函数实现的swap。
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
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
Add(a1, a2);
Add(d1, d2);
/*
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
Add(a1, d1);
*/
// 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
Add(a1, (int)d1);
return 0;
}
- 显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
int main(void)
{
int a = 10;
double b = 20.0;
// 显式实例化
Add<int>(a, b);
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。
模板参数匹配原则
- 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) {
return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
return left + right;
}
void Test()
{
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
}
- 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)
{
return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
return left + right;
}
void Test()
{
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
}在这里插入代码片
- 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
类模板
类模板的定义格式
当我们写一个栈的时候，但不知道用户要用栈来存储什么样的数据，这时候我们就可以使用类模板来创建一个栈，可以通过用户传的类型，自动生成相应的类。
// 类模板
template<class T>
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 3);
void Push(const T& data);
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = NULL;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
T* _array;
int _capacity;
int _size;
};
// 注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template<class T>
Stack<T>::Stack(size_t capacity)
{
_array = new T[capacity];
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
// 注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
_array[_size] = data;
_size++;
}
这样我们实现的类可以创建不同类型的对象了。
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。
int main()
{
Stack<int> s1; // int
Stack<double> s2; // double
Stack<char> s3; // char
return 0;
}
🍀小结🍀
今天我们认识了C++模板template的用法相信大家看完有一定的收获。
种一棵树的最好时间是十年前，其次是现在！ 把握好当下，合理利用时间努力奋斗，相信大家一定会实现自己的目标！加油！创作不易，辛苦各位小伙伴们动动小手，三连一波💕💕~~~，本文中也有不足之处，欢迎各位随时私信点评指正！
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