泛型编程| 模板初阶—

泛型编程| 模板初阶——懒人福音！

news2024/12/26 21:00:54

前言介绍

函数模板

函数模板格式

函数模板的原理

函数模板的实例化

隐式实例化

显示实例化

模板参数匹配规则

类模板

总结

前言介绍

之前c语言实现swap函数的时候，我们不仅要修改参数的类型，还要修改函数的名字

而在学完函数重载之后，我们方便了一点，但还是要修改参数的类型，类型一多起来就写的特别重复且冗余

代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

有没有什么办法可以写一个函数就支持所有的类型的swap呢？

就相当于一个模具，往模具里倒不同的材料从而高效地制造出很多类似的产品

这里的模具，就是c++提供的模板啦

模板分为函数模板和类模板两类

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。

函数模板格式

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

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)

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

以上短短几行一个函数模板就形成了，不同类型都可以使用

注意：left和right要是同种类型，不同类型不处理会报错，怎么处理将在后文介绍

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

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——简单来说就是写完模板后什么都没做

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, 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
可以多加一个模板参数关键字，这样编译就可以成功
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：
1. 用户自己来强制转化——Add(a, (int)d);
2. 使用显式实例化
}

显示实例化

在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

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

int main(void)
{
int a = 10;
double b = 20.0;
// 显式实例化
Add<int>(a, b);
return 0;
}

模板参数匹配规则

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

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

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

类模板

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

我们来简单的实现一个动态顺序表，适应不同的数据类型

/ 动态顺序表
// 注意：Vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template<class T>
class Vector
{
public :
Vector(size_t capacity = 10)
: _pData(new T[capacity])
, _size(0)
, _capacity(capacity)
{}
// 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。
~Vector();
void PushBack(const T& data)；
void PopBack()；
// ...
size_t Size() {return _size;}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _pData[pos];
}
private:
T* _pData;
size_t _size;
size_t _capacity;
};

// 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>
Vector<T>::~Vector()
{
if(_pData)
delete[] _pData;
_size = _capacity = 0;
}

// Vector类名，Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;