C++函数模板:函数模板与特例化解析

简介: C++函数模板:函数模板与特例化解析

函数模板

模板对类型能进行参数化成【模板参数】,输入的是类型,生成的是代码。使用的时候,每指定一份类型,模板就会根据类型生成一份新的代码(比如函数模板实例化生成的是【模板函数】),有利于减少代码量,通过较少的代码也能实现函数重载。

调用函数模板的时候,一般通过<>传入【模板参数】,也就是【类型参数】。编译器生成相应的函数代码之后,再通过()传入实参。

模板的实参推演:调用模板的时候可以根据用户传入的实参的类型,推导出模板类型参数的具体类型。

以下是一个简单的 C++ 函数模板案例,用于交换两个值:

#include <iostream>
// 定义一个函数模板,用于交换两个值的内容
template <typename T>// T是一个模板参数,它表示一个占位符,一个模板参数意味着一个模板需要接收一个类型。如果有多个模板参数,则需要接收多种类型。
void swapValues(T &a, T &b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
0}
int main() {
    int x = 5, y = 10;
    double m = 3.14, n = 6.28;
    
    std::cout << "Before swapping: x = " << x << ", y = " << y << std::endl;
    swapValues<int>(x, y);//在函数调用点,编译器根据用户指定的类型,从原模板实例化一份代码出来,如果已经实例化代码了,则无需该代码实例化。再根据这个实例化的代码,传值参数。
    std::cout << "After swapping: x = " << x << ", y = " << y << std::endl;
    std::cout << "Before swapping: m = " << m << ", n = " << n << std::endl;
    swapValues(m, n);//模板的实参推演
    std::cout << "After swapping: m = " << m << ", n = " << n << std::endl;
    return 0;
}

注意:模板一般在头文件中定义,在源文件中进行#include包含使用。尽量不要在一个cpp文件中定义,在另一个cpp文件中使用。

模板特例化

函数模板特例化允许我们为特定类型或特定类型组合提供自定义的实现,以满足特殊需求或处理特定情况。

函数模板特例化与函数模板同名,于此同时也能和同名普通函数共存。

函数模板的特例化例子如下,细节是另起一个同名模板,但是关键字的使用方法有差异。

#include <iostream>
#include <cstring> // For strlen and strcpy
// 通用模板函数
template <typename T>
void swapValues(T &a, T &b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}
// 模板特化,用于交换 const char* 类型的指针
template <>
void swapValues<const char*>(const char* &a, const char* &b) {
    // 计算字符串的长度
    size_t lengthA = std::strlen(a);
    size_t lengthB = std::strlen(b);
    // 创建临时缓冲区,用于交换字符串的内容
    char* temp = new char[lengthA + 1]; // +1 是为了容纳字符串末尾的空字符 '\0'
    // 拷贝字符串内容到临时缓冲区
    std::strcpy(temp, a);
    
    // 交换字符串指针
    delete[] a; // 释放原来指针 a 指向的内存
    a = new char[lengthB + 1]; // 为 a 分配新的内存空间
    std::strcpy(const_cast<char*>(a), b); // 使用 const_cast 将 const char* 转换为 char*,然后拷贝字符串内容到 a
    delete[] b; // 释放原来指针 b 指向的内存
    b = new char[lengthA + 1]; // 为 b 分配新的内存空间
    std::strcpy(const_cast<char*>(b), temp); // 使用 const_cast 将 const char* 转换为 char*,然后拷贝字符串内容到 b
    
    // 释放临时缓冲区
    delete[] temp;
}
int main() {
    const char* str1 = "Hello";
    const char* str2 = "World";
    std::cout << "Before swapping: str1 = " << str1 << ", str2 = " << str2 << std::endl;
    swapValues(str1, str2);
    std::cout << "After swapping: str1 = " << str1 << ", str2 = " << str2 << std::endl;
    return 0;
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