【C++】:初阶模板

简介: 【C++】:初阶模板

1. 泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢?

       之前我们采用的是函数重载的方式,多重载出几个不同类型的版本以供使用,函数重载虽然类型不同,但是函数内实现的代码逻辑是一样的,那么能不能有一种方法将他们合并在一起呢?

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;
}

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

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?

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 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 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>
//template <class T>  //也可为class
void Swap(T& left, T& right)
{
  T tmp = left;
  left = right;
  right = tmp;
}

2.3 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 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

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);
  //如果出现下面这种转化方式:
  //Add(a1, d1);
  //这种是不能通过编译的,因为在编译期间,编译器会通过a1将模板参数参数转化为int类型
  //但是d2又是double类型,这时编译期就会犯难,从而报错,所以要改变这种情况的话需要
  //强转类型,或者设置多个模板参数,或者进行显示实例化
  return 0;
}
//设置多个模板参数
template<class T1, class T2>
T1 Add(const T1& left, const T2& right)
{
  return left + right;
}
int main()
{
  int a1 = 10, a2 = 20;
  double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
  //强转类型
  Add(a1, (int)d1);
  return 0;
}

2. 显示实例化:在函数名后的<>中指定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;
  //显示实例化
  Add<int>(a1, d1);
  //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。
  return 0;
}

2.5 匹配原则

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

// 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
}

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。

// 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
}

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

注意:

模板运行时不检查数据类型,也不保证类型安全,相当于类型的宏替换

3. 类模板

3.1 定义格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
  // 类内成员定义
};
template<class T>
class Vector
{
public:
  Vector(size_t capacity = 4)
    :_array(new T[capacity])
    ,_size(0)
    ,_capacity(capacity)
  {}
  void PushBack(const T& data){}
  void PopBack(){}
  size_t Size() 
  { 
    return _size; 
  }
  T& operator[](size_t pos)
  {
    assert(pos < _size);
    return _array[pos];
  }
  ~Vector();
private:
  T* _array;
  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 (_array)
    delete[] _array;
  _size = _capacity = 0;
}

3.2 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<int>才是类型
  Vector<int> s1;
  Vector<double> s2;

朋友们、伙计们,美好的时光总是短暂的,我们本期的的分享就到此结束,欲知后事如何,请听下回分解~,最后看完别忘了留下你们弥足珍贵的三连喔,感谢大家的支持!  

目录
打赏
0
0
0
0
29
分享
相关文章
c++模板进阶操作——非类型模板参数、模板的特化以及模板的分离编译
在 C++ 中,仿函数(Functor)是指重载了函数调用运算符()的对象。仿函数可以像普通函数一样被调用,但它们实际上是对象,可以携带状态并具有更多功能。与普通函数相比,仿函数具有更强的灵活性和可扩展性。仿函数通常通过定义一个包含operator()的类来实现。public:// 重载函数调用运算符Add add;// 创建 Add 类的对象// 使用仿函数return 0;
69 0
c++模板初阶----函数模板与类模板
class 类模板名private://类内成员声明class Apublic:A(T val):a(val){}private:T a;return 0;运行结果:注意:类模板中的成员函数若是放在类外定义时,需要加模板参数列表。return 0;
43 0
|
9月前
|
C++ STL 初探:打开标准模板库的大门
C++ STL 初探:打开标准模板库的大门
194 10
模板(C++)
本内容主要讲解了C++中的函数模板与类模板。函数模板是一个与类型无关的函数家族,使用时根据实参类型生成特定版本,其定义可用`typename`或`class`作为关键字。函数模板实例化分为隐式和显式,前者由编译器推导类型,后者手动指定类型。同时,非模板函数优先于同名模板函数调用,且模板函数不支持自动类型转换。类模板则通过在类名后加`&lt;&gt;`指定类型实例化,生成具体类。最后,语录鼓励大家继续努力,技术不断进步!
㉿㉿㉿c++模板的初阶(通俗易懂简化版)㉿㉿㉿
㉿㉿㉿c++模板的初阶(通俗易懂简化版)㉿㉿㉿
|
5月前
|
【c++】模板详解(2)
本文深入探讨了C++模板的高级特性,包括非类型模板参数、模板特化和模板分离编译。通过具体代码示例,详细讲解了非类型参数的应用场景及其限制,函数模板和类模板的特化方式,以及分离编译时可能出现的链接错误及解决方案。最后总结了模板的优点如提高代码复用性和类型安全,以及缺点如增加编译时间和代码复杂度。通过本文的学习,读者可以进一步加深对C++模板的理解并灵活应用于实际编程中。
72 0
深入理解C++模板编程:从基础到进阶
在C++编程中,模板是实现泛型编程的关键工具。模板使得代码能够适用于不同的数据类型,极大地提升了代码复用性、灵活性和可维护性。本文将深入探讨模板编程的基础知识,包括函数模板和类模板的定义、使用、以及它们的实例化和匹配规则。
【C++11】可变模板参数详解
本文详细介绍了C++11引入的可变模板参数,这是一种允许模板接受任意数量和类型参数的强大工具。文章从基本概念入手,讲解了可变模板参数的语法、参数包的展开方法,以及如何结合递归调用、折叠表达式等技术实现高效编程。通过具体示例,如打印任意数量参数、类型安全的`printf`替代方案等,展示了其在实际开发中的应用。最后,文章讨论了性能优化策略和常见问题,帮助读者更好地理解和使用这一高级C++特性。
267 4
【C++】模板详细讲解(含反向迭代器)
C++模板是泛型编程的核心,允许编写与类型无关的代码,提高代码复用性和灵活性。模板分为函数模板和类模板,支持隐式和显式实例化,以及特化(全特化和偏特化)。C++标准库广泛使用模板,如容器、迭代器、算法和函数对象等,以支持高效、灵活的编程。反向迭代器通过对正向迭代器的封装,实现了逆序遍历的功能。
104 3
AI助理

你好,我是AI助理

可以解答问题、推荐解决方案等

登录插画

登录以查看您的控制台资源

管理云资源
状态一览
快捷访问