【C++】——初识模板

简介: 【C++】——初识模板

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!


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