【C++】模版初阶

文章目录1.泛型编程2.函数模板2.1 函数模板概念2.2 函数模板格式2.3 函数模板的原理2.4 函数模板的实例化2.5 模板参数的匹配原则3.类模板3.1 类模板的定义格式3.2 类模板的实例化3.3模版的缺省1.泛型编程如何实现一个通用的交换函数呢voidSwap(intleft,intright){inttempleft;leftright;righttemp;}voidSwap(doubleleft,doubleright){doubletempleft;leftright;righttemp;}voidSwap(charleft,charright){chartempleft;leftright;righttemp;}使用函数重载虽然可以实现但是有一下几个不好的地方1.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材料(类型)来获得不同材料的铸件(即生成具体类型的代码那将会节省许多。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。2.函数模板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。2.2 函数模板格式templatetypenameT1,typenameT2,......,typenameTn返回值类型 函数名(参数列表){}//也可以替换为templatetypename K1, typename K2,......,typename Kn//templatetypename A1, typename A2,......,typename An等等//函数模版templatetypenameTvoidSwap(Tx,Ty){T tempx;xy;ytemp;}intmain(){inti1,j2;Swap(i,j);charc1i,charc2j;Swap(c1,c2);return0;}注意typename是用来定义模板参数关键字也可以使用classtemplate通过反汇编我们发现两句Swap调用的函数不同那其中到底什么原理呢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。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templateclassTTAdd(constTleft,constTright){returnleftright;}intmain(){inta110,a220;doubled110.0,d220.0;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(a,(int)d);return0;}2.显式实例化在函数名后的中指定模板参数的实际类型intmain(){inta10;doubleb20.0;// 显式实例化Addint(a,b);Adddouble(a,b);return0;}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。显式实例化常用场景templateclassTvoidfunc(size_t n){T*ptrnewT[n];coutptrendl;}intmain(){//编译报错不知道T是什么类型//Func(10);//此时就要用显式实例化Funcint(10);Funcdouble(10);return0;}2.5 模板参数的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intAdd(intleft,intright){returnleftright;}// 通用加法函数templateclassTTAdd(T left,T right){returnleftright;}voidTest(){Add(1,2);// 与非模板函数匹配编译器不需要特化Addint(1,2);//会调用编译器特化的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intAdd(intleft,intright){returnleftright;}// 通用加法函数//注意这里是两种类型templateclassT1,classT2T2Add(T1 left,T2 right){returnleftright;}voidTest(){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}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3.类模板模版不支持声明和定义分离到两个文件不允许声明写在.h定义写在.cpp中3.1 类模板的定义格式templateclassT1,classT2,...,classTnclass类模板名{// 类内成员定义};#includeiostreamusingnamespacestd;// 类模版templatetypenameTclassStack{public:Stack(size_t capacity4){_arrnewT[capacity];_capacitycapacity;_top0;}voidPush(constTdata);private:T*_arr;size_t _capacity;size_t _top;};templateclassTvoidStackT::Push(constTdata){// 扩容_arr[_top]data;_top;}intmain(){Stackintst1;// intst1.Push(1);st1.Push(2);st1.Push(3);st1.Push(4);Stackdoublest2;// doublest2.Push(1.1);st2.Push(2.1);st2.Push(3.1);st2.Push(4.1);return0;}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必须显式实例化类模板名字不是真正的类而实例化的结果才是真正的类。// Stack是类名Stackint才是类型Stackintst1;// intStackdoublest2;// double3.3模版的缺省templatetypenameTintclassA{public:T x1;T x2;};//也可以半缺省但必须从右往左缺省//templatetypename T,typename TdoubletemplatetypenameTint,typenameTdoubleclassB{public:T1 x1;T2 x2;};intmain(){Aintaa1;Aaa1;Bbb1;//从左往右传Bdoublebb1;return0;}