一、泛型编程
什么是泛型编程,大家可思考这个问题:swap函数大家都会实现,那么我们要实现不同类型的该如何处理呢?大家这时不由得想到函数重载或者函数指针。但是,前者实现过于冗余,后者实现出来,咱们又看着不爽,但又和前者代码量差不多。所以,为了解决以上的问题,C++重磅推出了:泛型编程也就是——模板。
模板分为:函数模板和类模板。
二、函数模板
2.1 定义
在内容开始之前,大家且听一个小故事:
屏幕前的各位都是勤奋好学之人,今日你仍像往常一样继续学习,可突然困了。当你再次醒来发现自己穿越了,成为了书店的店小二。书店老板的女儿肤白貌美的,符合你的审美,你不由得想得到其芳心。你突然注意到:书店所有的书都是手写的,效率低下。你身为现代人不由得想到了法子:我能不能把文章印到一个板子上,客人要什么,就印什么,这样不仅提高了效率,还能获得最大收益。你把想法告诉了老板,老板听后决定采取你的建议,结果大赚特赚。在此情景下把女儿许配给你,就在洞房花烛夜之时,你醒了过来。看到此文章,不由得对模板认识深刻了几分。
相信大家此时对模板应该有了些认识,在C++中模板的定义如下:
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。
那么,我们该如何实现模板呢?
2.2 格式
以下是一个swap模板的实现:
template<typename T> //这里的typename 是定义模板参数的关键字 void swap(T& a, T& b) //typename可用class来替代,但是不可用struct { T tmp = a; a = b; b = tmp; }
再次强调定义模板参数的关键字:只能用typename和class不能使用struct
我们这时就可以便捷实现出不同类型swap函数,只需要一个模板即可,如下:
template<typename T> void Swap(T& a, T& b) { T tmp = a; a = b; b = tmp; } int main() { int a = 1, b = 2; char c = 3, d = 4; double e = 5.0, f = 6.0; Swap(a, b); Swap(c, d); Swap(e, f); return 0; }
这里说一点:这里的swap的首字母一定要大写,否则编译不通过。原因是和库里面的构成重载,编译器无法知道调用哪个。
这时,读者可能有这样的疑惑:这三个swap函数一样吗?是同一块地址的还是不同地址的?为了解决这个问题,大家想调试可以实现吗?大概率不可以,为啥?因为我们只搞了函数模板,编译器于情于理都会走模板,大家可以去试一试来验证一下。那么,我们有什么办法来验证呢?答案是汇编。
我们可以看到,虽然他们表面都一样,但是因为调用的地址不同,所以,可以得出结论:三个函数不同。
2.3 生成原理
关于函数的生成原理,我们可以这样想:模板就好比是设计图,根据生产生活的需要,从而搞出不同的东西。
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
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。
2.4.1 隐式实例化
隐式实例化就是叫函数自己去推到类型,如下:
template <class T> T Add(T& a, T& b) { return a + b; } int main() { int a = 1, b = 2; cout << Add(a, b) << endl; double c = 3.0, d = 4.0; cout << Add(c, d) << endl; return 0; }
如果我们要实现以下的函数调用该如何呢?
Add(a, c);
这里提供两种解决办法:1、强转 2 、显式实例化。这里咱们来解释显式实例化。
2.4.2 显式实例化
显式实例化:在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
Add<int>(a, c); //显式实例化
2.5 匹配原则
函数模板的匹配遵循以下原则:
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
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
总而言之记住一句话:编译器也和各位一样,喜欢吃现成,即可。
三、类模板
类模板基本与函数模板类似,这里简单说一下定义格式和实例化即可:
3.1 定义格式
template<class T1, class T2, ..., class Tn> class 类模板名 { // 类内成员定义 };
因此,我们对于顺序表,可以写出以下模板:
// 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) :_a(new T[capacity]) ,_size(0) ,_capacity(capacity) {} ~Vector(); // ........ private: T* _a; size_t _capacity; size_t _size; }; // 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; }
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;
完!