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C++从入门到精通(第三篇) :C++模板初阶

北邮郭大宝 2022-04-16 阅读 68
c++

1. 泛型编程

  • 如何实现一个通用的交换函数呢?

  • 方法一:(函数重载)

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;
}

  • 弊端:
  1. 重载的函数仅仅只是类型不同,代码的复用率比较低,只要有新类型出现时,就需要增加对应的函数
  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
  • 引入:
  • 概念:

2. 函数模板

函数模板概念

函数模板格式

template<typename T>
void Swap( T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}

函数模板的原理

在这里插入图片描述

函数模板的实例化

  • 概念:
  1. 隐式实例化
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);
/*
该语句不能通过编译,因为在编译期间,当编译器看到该实例化时,需要推演其实参类型
通过实参a1将T推演为int,通过实参d1将T推演为double类型,但模板参数列表中只有一个T,
编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错
注意:在模板中,编译器一般不会进行类型转换操作,因为一旦转化出问题,编译器就需要背黑锅
Add(a1, d1);
*/
// 此时有两种处理方式:1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
Add(a, (int)d);
return 0;
}
  1. 显式实例化:
int main(void)
{
int a = 10;
double b = 20.0;
// 显式实例化
Add<int>(a, b);
return 0;
}

模板参数的匹配原则

  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
// 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
}
  1. 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
  1. 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

3. 类模板

类模板的定义格式

  • 格式:
template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

  • 运用:
// 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)
: _pData(new T[capacity])
, _size(0)
, _capacity(capacity)
{}
// 使用析构函数演示:在类中声明,在类外定义。
~Vector();
void PushBack(const T& data)void PopBack()// ...
size_t Size() {return _size;}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _pData[pos];
}
private:
T* _pData;
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(_pData)
delete[] _pData;
_size = _capacity = 0;
}

类模板的实例化

// Vector类名,Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;
  • 解释:
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