初阶模板
1. 泛型编程
引入:如何实现一个通用的交换函数呢?
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;
}
使用函数重载虽然可以实现,但是有几个不好的地方:
- 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;
- 代码的可维护性低,一个出错可能所有的重载均出错。
所以我们想着能否告诉编译器一个模子,让编译器根据不同的类型利用该模子生成代码呢?
这里引入泛型编程的概念,即编写与类型无关的通用代码,是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。
模板分为:函数模板和类模板。
2. 函数模板
2.1概念: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。
格式: template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
注意:typename是用来定义模板参数的关键字,也可以使用class(切记:不能使用struct代替class)
2.2 函数模板的原理
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。换言之,在编译器编译阶段,对于模板函数的使用,编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。比如:当用double类型使用函数模板时,编译器通过对实参类型的推演,将T确定为double类型,然后产生一份专门处理double类型的代码,对于字符类型也是如此。
2.3 函数模板的实例化
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:隐式实例化和显示实例化。
(1)隐式实例化:让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
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);
/*Add(a1, d1);
该语句不能通过编译,因为在编译期间,模板参数只有一个T,编译器无法确定此处到底该将T确定为int或者double
*/
//此时,有两种处理方式, 1.用户自己来强制转化, 2.使用显示实例化
Add(a, (int)d);
return 0;
}
(2)显示实例化:在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
int main()
{
int a = 10;
double b = 20.0;
//显示实例化
Add<int>(a, b);
return 0;
}
2.4 模板参数匹配原则
(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数
//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
}
(2)对于非模板函数和同名函数模板,如果其他条件都相同,在调用时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生一个实例。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<int>(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函数
}
(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
3. 类模板
3.1 类模板的定义格式
template <class T1, class T2,...,class Tn>
class 类模板名
{
//类内成员定义
};
//动态顺序表
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)
{
//_CheckCapacity();
_pData[_size++] = data;
}
void PopBack()
{
--_size;
}
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;
}
}
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
3.2 类模板的实例化
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;
s1.PushBack(1);
s1.PushBack(2);
s1.PushBack(3);
Vector<double> s2;
s2.PushBack(1.0);
s2.PushBack(2.0);
s2.PushBack(3.0);
关于类模板的使用:类模板的使用实际上是将类模板实例化成一个具体的类,它的格式为:类名<实际的类型>
模板类是类模板实例化后的一个产物,说个具体点的例子吧,我们把类模板比作是一个做饼干的模子,而模板类就是用这个模子做出来的饼干,至于这个饼干是什么味道的就要看你自己在实例化时用的是什么材料了,你可以做巧克力饼干,也可以做牛奶饼干,这些饼干出了材料不一样外,其它的东西都是一样的了。