C++模板 —— 万字带你了解C++模板(蓝桥杯算法比赛必备知识STL基础)(1)

简介: C++模板 —— 万字带你了解C++模板(蓝桥杯算法比赛必备知识STL基础)(1)

模板的概念

模板就是我们建立的通用的模具,用来提高代码的复用性。

生活中最经典的就是证件照模板了

上面模板的特点:

  • 模板不可以直接使用,它只是一个框架(不可能拿一个照片模板交给领导或者老师吧,得有你自己的“信息”)
  • 模板的通用并不是万能的

函数模板

  • C++的另一种编程思想——泛型编程,利用的主要就是模板
  • C++提供两种模板机制:函数模板类模板

函数模板的作用:

       建立一个通用函数,其函数返回值类型和形参类型不具制定,用一个虚拟类型代替。

函数模板的语法:

//template告诉编译器,要开始写模板了
//typename或者class都可以
//T是虚拟类型
template<typename T>    
函数声明或定义

解释:

template --- 声明创建模板

typename --- 表面其后面的符号是一种数据类型,可以用class代替

T --- 通用的数据类型,名称可以替换,通常为大写字母


示例:

//交换整型函数
void swapInt(int &a,int &b){
    int temp = 0;
    a = b;
    b = temp;
}
//交换浮点型函数
void swapDouble(double &a,double &b){
    double temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}
//利用函数模板提供通用的交换函数
template<tyoename T>
void mySwap(T &A,T &b)
{
  T temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}
void test01()
{
  int a = 10;
  int b = 20;
  //swapInt(a, b);
  //利用模板实现交换
  //1、自动类型推导
  mySwap(a, b);
  //2、显示指定类型
  mySwap<int>(a, b);
  cout << "a = " << a << endl;
  cout << "b = " << b << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

总结:

  • 函数模板利用关键字 template
  • 使用函数模板有两种方式:自动类型推导、显示指定类型
  • 模板的目的是为了提高复用性,将类型参数化

函数模板注意事项

注意事项:

  • 自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T,才可以使用

  • 模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用(函数中没有用到T的话,就只能自己写了)

示例:

//利用模板提供通用的交换函数
template<class T> //typename可以替换成class
void mySwap(T& a, T& b)
{
  T temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}
// 1、自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
void test01()
{
  int a = 10;
  int b = 20;
  char c = 'c';
  mySwap(a, b); // 正确,可以推导出一致的T
  //mySwap(a, c); // 错误,推导不出一致的T类型
}
// 2、模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用
template<class T>
void func()
{
  cout << "func 调用" << endl;
}
void test02()
{
    //因为函数体中没有用到T,所以自动类型推导也不知道怎么推导了
  //func(); //错误,模板不能独立使用,必须确定出T的类型
  func<int>(); //利用显示指定类型的方式,给T一个类型,才可以使用该模板
}
int main() {
  test01();
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

总结:

  • 使用模板时必须确定出通用数据类型T,并且能够推导出一致的类型

函数模板案例

案例描述:

  • 利用函数模板封装一个排序的函数,可以对不同数据类型数组进行排序
  • 排序规则从大到小,排序算法为选择排序
  • 分别利用char数组int数组进行测试

示例:

//交换函数模板
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
  T temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}
//排序算法
template<class T>
void mySort(T arr[] , int len) {
  for (int i = 0; i < len ; i++) {
    int max = i;  //先随便找一个设为最大值
    for (int j = i + 1; j < len; j++)
    {
      if (arr[max] < arr[j])
        //更新下标
        max = j;
    }
    if (max != i)
    {
      //交换max和i下标的元素
      mySwap(arr[max],arr[i]);
    }
  }
}
//提供打印数组模板
template<class T>
void printArray(T arr[], int len)
{
  for (int i = 0; i < len; i++)
  {
    cout << arr[i] << " ";
  }
  cout << endl;
}
void test01()
{
  //测试char数组
  char charArr[] = "bcfac";
  int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
  mySort(charArr, num);
  printArray(charArr , num);
}
void test02()
{
  //测试int数组
  int intArr[] = { 7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 };
  int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
  mySort(intArr, num);
  printArray(intArr, num);
}
int main() {
  test01();
    test02();
  system("pause");
  return 0;
}

如果上面这些程序你都实现了,那么你一定会对模板深有体会,模板大大提高了代码复用,需要熟练掌握

普通函数与函数模板的区别

普通函数与函数模板区别:

  • 普通函数调用时可以发生自动类型转换(隐式类型转换)
  • 函数模板调用时,如果利用自动类型推导,不会发生隐式类型转换
  • 如果利用显示指定类型的方式,可以发生隐式类型转换
//普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{
  return a + b;
}
//函数模板
template<class T>
T myAdd02(T a, T b)  
{
  return a + b;
}
//使用函数模板时,如果用自动类型推导,不会发生自动类型转换,即隐式类型转换
void test01()
{
  int a = 10;
  int b = 20;
  char c = 'c';
  cout << myAdd01(a, c) << endl; //正确,将char类型的'c'隐式转换为int类型  'c' 对应 ASCII码 99
  //myAdd02(a, c); // 报错,使用自动类型推导时,不会发生隐式类型转换
  myAdd02<int>(a, c); //正确,如果用显示指定类型,可以发生隐式类型转换
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

总结:

       建议使用显示指定类型的方式,调用函数模板,因为可以自己确定通用类型T

普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下:

  1. 如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数
  2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
  3. 函数模板也可以发生重载
  4. 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板

简单来说就是,函数模板里面,同名普通函数(只有声明也成立,只是会报错🤣)优先调用,同时函数模板也是可以重载的。

示例:

//普通函数与函数模板调用规则
void myPrint(int a, int b)
{
  cout << "调用的普通函数" << endl;
}
template<typename T>
void myPrint(T a, T b) 
{ 
  cout << "调用的模板" << endl;
//函数模板重载
template<typename T>
void myPrint(T a, T b, T c) 
{ 
  cout << "调用重载的模板" << endl; 
}
void test01()
{
  //1、如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数
  // 注意 如果告诉编译器  普通函数是有的,但只是声明没有实现,或者不在当前文件内实现,就会报错找不到
  int a = 10;
  int b = 20;
  myPrint(a, b); //调用普通函数
  //2、可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
  myPrint<>(a, b); //调用函数模板
  //3、函数模板也可以发生重载
  int c = 30;
  myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板
  //4、 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
  char c1 = 'a';
  char c2 = 'b';
  myPrint(c1, c2); //调用函数模板
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

其实我们提供函数模板了,就尽量不要再写普通函数了,不然会出现二义性的。

模板的局限性(函数模板的第二种实现)

函数模板并不是万能的,有些特定数据类型,需要用具体化方式做特殊实现。


只有C++内置的数据类型可以直接使用前面学到的函数模板,自定义数据类型往往不能实现。

#include<iostream>
using namespace std;
#include <string>
class Person
{
public:
  Person(string name, int age)
  {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
  }
  string m_Name;
  int m_Age;
};
//普通函数模板
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b)
{
  if (a == b)
  {
    return true;
  }
  else
  {
    return false;
  }
}
//具体化,显示具体化的原型和定意思以template<>开头,并通过名称来指出类型
//具体化优先于常规模板
template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2)
{
  if ( p1.m_Name  == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age)
  {
    return true;
  }
  else
  {
    return false;
  }
}
void test01()
{
  int a = 10;
  int b = 20;
  //内置数据类型可以直接使用通用的函数模板
  bool ret = myCompare(a, b);
  if (ret)
  {
    cout << "a == b " << endl;
  }
  else
  {
    cout << "a != b " << endl;
  }
}
void test02()
{
  Person p1("Tom", 10);
  Person p2("Tom", 10);
  //自定义数据类型,不会调用普通的函数模板
  //可以创建具体化的Person数据类型的模板,用于特殊处理这个类型
  bool ret = myCompare(p1, p2);
  if (ret)
  {
    cout << "p1 == p2 " << endl;
  }
  else
  {
    cout << "p1 != p2 " << endl;
  }
}
int main() {
  test01();
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

如上,利用具体化的模板,可以解决自定义类型的通用化。

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