＜C++＞ 模板-上

 

---

目录

前言

一、函数模板

1. 概念

 2. 格式

3. 原理

4. 函数模板的实例化

4.1 隐式实例化

4.2 显示实例化

5. 模板参数的匹配原则    

5.1 

5.2 

5.3 

二、类模板

1. 类模板定义格式

2. 类模板的实例化

总结

---

前言

        如何实现一个通用的函数，函数可以实现两个类型的交换？

        在往常，我们可能会写下可能用到的类型交换的函数，进行函数重载，但是类型是无穷的，整形、字符型、浮点型、自定义类型...，我们是不可能重载完所有的交换函数，并且函数重载也是有缺点的

例如：

        1. 代码复用性比较低，只要有新的类型出现，就需要再次进行函数重载

        2. 代码的可维护性比较低，一个出错所有重载均需要修改 

        C++中，增加了模板这一关键字，可以使编译器根据不同的类型，利用模板来生成相应的代码。

        这就是泛型编程——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。

---

一、函数模板

1. 概念

        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。

 2. 格式

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

 例如：

template<typename T>  // 模板参数 -- 类型
void Swap(T& x1, T& x2)
{
	T tmp = x1;
	x1 = x2;
	x2 = tmp;
}

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) 

//参数为多个模板，返回值也是模板
template<typename T1, typename T2>
T1 Func(const T1& x, const T2& y)
{
	cout << x << " " << y << endl;
 
	return x;
}

3. 原理

        函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数（类似于类和对象的关系），是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器。

        所以，我们在调用模板函数时，真正调用的不是模板，而是模板根据实参的类型实例化的函数 

4. 函数模板的实例化

         函数模板的实例化：当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

4.1 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

当只有一个模板时，实参有两种类型，这时编译器就不知道应该推演T为哪种类型，这就需要我们手动强制类型转换

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
    return left + right;
}
 
int main()
{
    int a1 = 10, a2 = 20;
    double d1 = 10.1, d2 = 20.2;
    // 实参传递的类型，推演T的类型
    cout << Add(a1, a2) << endl;
    cout << Add(d1, d2) << endl;
    cout << Add(a1, (int)d1) << endl;
    cout << Add((double)a1, d1) << endl;
 
    // 显示实例化，用指定类型实例化
    cout << Add<int>(a1, d1) << endl;
    cout << Add<double>(a1, d1) << endl;
 
    return 0;
}

        注意：对于模板Add函数而言，形参被const修饰，一旦去掉，我们写的代码就跑到不动了，因为我们在调用该模板时，使用了强制类型转换，转换时会产生临时变量，而临时变量具有常性，因为应用的权限不能放大，所以形参必须要用const修饰 

4.2 显示实例化

        显示实例化：在函数名后<>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;
}

        指定为int后，double型变量b就隐式类型转换为int 

        如果手动的显示实例化类型不匹配，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。

        但是上面所述的情况显式实例化的真正用途，因为用两个模板就可以解决上面的问题。

        真正会用到显式实例化的情况：有些函数无法自动推导，那么就只能显式实例化.

例：

template<class T>
T* Alloc (int c)
{
    return new T[n];
}

        当调用该模板时，改模板推导不出返回值类型，所以这里就真正的用到显式实例化的功能

int main()
{
    double* p1 = Alloc<double>(10);
}

      

5. 模板参数的匹配原则    

5.1 

5.2 

5.3 

        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 

二、类模板

        由于数据结构中，我们学习过顺序表、栈、队列等等数据结构，但是他们都只能使用一种数据类型，当要使用另一种数据类型时，就需要再拷贝一份并修改里面的数据类型，如果这样使用，那么每使用一个数据类型，我们都需要拷贝一份并修改里面的数据类型，并且，如果原数据结构出现错误，我们需要修改所有的代码。类模板解决了这个问题。

1. 类模板定义格式

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

例：

// 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：在模板类中，若要声明与定义分离，那么在类外的定义处，不能只写类名，需要加上模板，并在类名后加上

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

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。

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

---

总结

最后，如果小帅的本文哪里有错误，还请大家指出，请在评论区留言（ps：抱大佬的腿），新手创作，实属不易，如果满意，还请给个免费的赞，三连也不是不可以（流口水幻想）嘿！那我们下期再见喽，拜拜！