c++奇点 模板初阶 原创

发布于 2022-2-5 13:15
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春节不停更,此文正在参加「星光计划-春节更帖活动」https://harmonyos.51cto.com/posts/9923

#模板初阶

泛型编程

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==使用函数重载虽然可以实现,但是有一下几个不好的地方==

  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

那能否告诉==编译器一个模子==,让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢?

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如果在C++中,也能够存在这样一个模具,通过给这个模具中填充不同材料(类型),来获得不同材料的铸件(生成具体类型的代码),那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好,我们只需在此乘凉。

==泛型编程: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。==

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函数模板

函数模板概念

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。

函数模板格式

template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}

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//函数模板
template<class T>
void Swap(T& x1, T& x2)
{
	T tmp = x1;
	x1 = x2;
	x2 = tmp;
}

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	double c = 4.2, d = 6.3;
	printf("a = %d,b = %d", a, b);
	printf("c = %.2f,d = %.2f\n", c, d);
	Swap(a, b);
	Swap(c, d);
	printf("a = %d,b = %d", a, b);
	printf("c = %.2f,d = %.2f\n", c, d);
	return 0;
}

注意:==typename==是用来定义模板参数==关键字==,==也可以使用class==(切记:不能使用struct代替class)


函数模板的原理

==我们先看看上面Swap函数调用的是同一个函数吗,怎么去验证==

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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

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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。

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:隐式实例化和显式实例化

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

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2. 显式实例化:在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

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template <class T>
T Add(const T& x,const T& y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int a = 2, b = 6;
	double c = 3.5, d = 5.6;

	//不让编译器推演类型
	//显示实例化
	cout<< Add<int>(a, c)<<endl;
	cout << Add<double>(b, d) << endl;
	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

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==我们通过上面的gif可以看到非模板函数和一个同名的函数模板,我们是先进非模板函数,没有的话才会进入编译器模板实例化的函数==

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


类模板

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//类模板

//我们以前定义顺序表我们是怎么定义的
typedef int VDataType;
class  vector  //cpp中定义顺序表是vector  他有向量的意思
{
public:
	//
private:
	VDataType* _a;
	int _size;
	int _capacity;
};

int main()
{
	
	vector v1;   //v1存int
	vector v2;   //v2存double

	return 0;
}

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//类模板
template <class T>
class  vector  //cpp中定义顺序表是vector  他有向量的意思
{
public:
	//
private:
	T* _a;
	int _size;
	int _capacity;
};

int main()
{
	
	vector<int> v1;   //v1存int
	vector<double> v2;   //v2存double

	return 0;
}

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
// 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

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;

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