目录
一、泛型编程
二、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
模板实例化
隐式实例化
显示实例化
非模板函数和同名函数模板
三、类模板
类模板的定义格式
类模板的实例化
函数的声明与定义分离
一、泛型编程
C语言为什呢不提供各种数据结构呢?
因为它不支持泛型编程,不支持泛型编程就意味着你写出的一个栈就只能存int。
如何实现一个交换函数呢?
C语言实现:
void Swap1(int& left, int& right) { int temp = left; left = right; right = temp; } void Swap2(double& left, double& right) { double temp = left; left = right; right = temp; } void Swap3(char& left, char& right) { char temp = left; left = right; right = temp; }
C++实现:
虽然C++相比C语言增加了函数重载进行实现,但是仍然有以下几个不好的地方: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; }
- 1. 重载的函数仅仅只是类型不同,代码的复用率比较低,只要有新类型出现时,就需要增加对应的函数
- 2. 代码的可维护性比较低,一个出错可能所有的重载均出错。
如果在 C++ 中,能够存在这样一个 模具 ,通过给这个模具中 填充不同 类型 ,来 获得不同 具体类型的代码,那将会节省许多头发。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?巧的是前人早已将树栽好,我们只需在此乘凉。 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 。
二、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
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn> 返回值类型 函数名 ( 参数列表 ){}eg:一个交换函数的模板
同样这里将typename换成class也是可以的
定义多个类型:
ps: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class) 这里的class 与typename 是没有任何区别的,但是在有些特定的场景下,它俩存在着区别(这里先不介绍)。
函数模板的原理
template<class T> //模板参数列表
void Swap(T& x1, T& x2) //函数参数列表
{
T x = x1;
x1 = x2;
x2 = x;
}
int main()
{
int a = 0, b = 1;
double c = 1.1, d = 3.5;
char e = 'A', h = 'b';
Swap(a, b);
Swap(c, d);
Swap(e, h);
}
这三个Swap调用的是不是同一个函数?
通过反汇编我们发现,它们三个call 的指令并不相同,地址不同代表函数不同。所以这三个Swap调用的并不是同一个函数。
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。
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。模板实例化
就比如,我要交换两个整形,编译器找到了交换的模板,并且根据这两个整形将模板中的T推导成int,生产一份T是int的函数,double类型的就实例化出T是double类型的函数......
模板实例化,实例出处对应的函数(上述Swap实例化流程图)
隐式实例化
隐式实例化:让编译器根据实参推演模板参数的实际类型对于这个加法模板,这样肯定是没有问题的template <class T> T Add(const T& left, const T& right) { return left + right; } int main() { int a = 10, b = 20; double c = 3.55, d = 9.9; cout << Add(a, b) << endl; cout << Add(c, d) << endl; }
第一个Add根据参数是int 推出T是int, 第二个Add根据参数是double 推出T是double,
但是如果我们交换a与d呢?
ps: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);
该语句显然不能通过编译,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d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。
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
用户自己强转 :
显示实例化
显式实例化:在函数名后的 <> 中指定模板参数的实际类型拿第一个Add<int> 来说,a传过去是int 符合,d传过去发现不是int,不符合,就发生了隐式类型转换,将double转换成了int。
PS :同样你可以写成有两个参数的template <class T1,class T2> T1 Add(const T1& left, const T2& right) { return left + right; } int main() { int a = 10, b = 20; double c = 3.55, d = 9.9; cout << Add(a, d) << endl; return 0; }
这样的话就不会报错了,最后的结果就取决于返回值是T1,还是T2。
非模板函数和同名函数模板
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 T> T Add(const T& left, const T& right) { return left + right; } int main() { int a = 10, b = 20; 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; }
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 }
三、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
};
我们拿一个栈举例
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int capacity=4)
:_top(0)
,_capacity(capacity)
{
_a = new STDataType[capacity];
}
~Stack()
{
delete[] _a;
_a=nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
STDataType* _a;
int _top;
int _capacity;
};
这是以往实现的栈,只不过借助了C++的一些语法特性,我们借助typedef 来实现不同的栈存储不同的数据类型,乍一想感觉这样似乎是挺方便的。
但是如果在同一个程序里面,我们只实现一个栈,要求实例化出的对象st1存int,st2存double,C语言就不能很好的解决这个问题。
C语言的解决方式:只能定义两个栈,并且这两个栈除了参数类型不同以外,其他全部都一样。
所有语言都是忌讳冗余的代码的。我们都是期望可以进行复用的,C++中的函数我们可以给一份模板出来,那么类也就类似的也给出一份模板。
template<class T> //类模板
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
:_top(0)
, _capacity(capacity)
{
_a = new T[capacity];
}
~Stack()
{
delete[] _a;
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
T* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
//Stack st1; //存储int
//Stack st2;//存储double
//这不支持实参传形参的场景,没办法像函数模板那样去推演类型,只支持显示实例化
Stack<int> st1; //存储int
Stack<double> st2;//存储double
Stack<char> st3;
Stack<int*> st4;
}
通过引入类模板,我们就可以实现同一个栈实例化出存储不同类型的对象。
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。
对于普通的类,类名就是类型,以上述栈为例,Stack既是类名也是类型; 对于类模板 Stack知识类名,Stack<T> 才是类型;
函数的声明与定义分离
假设类中函数声明与定义分离,如果我们像以往一样去写是不行的正确写法: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& x)
{
}
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