泛型编程之模版

雨点打透心脏的1/2处 2022-12-11 07:52 129阅读 0赞

## 泛型编程 ##

面向对象编程（OOP）和泛型编程都能处理在编写程序时不知道类型的情况。不同之处在于：OOP能处理类型在**程序运行之前**都未知的情况；而在泛型编程中，在**编译**时就能获知类型了。（这句话还得慢慢去理解）

**模板是C++中泛型编程的基础。一个模板就是一个创建类或者函数的蓝图**或者说**公式**。当使用一个vector这样的泛型类型，或者find这样的泛型函数时，我们提供足够的信息，将蓝图转换为特定的类或函数。

### 1 函数模板 ###

#### 函数模板的定义 ####

假定我们希望编写一个函数来比较两个变量的大小，在实际中，由于变量的类型不同，我们可能需要定义多个重载函数，比如下面两种：

//比较两个变量v1，v2的大小，相等返回0，v1大返回1，v2大返回-1
    int compare(const string &v1, const string &v2)
    {
        if (v1 < v2) return -1;
        if (v2 < v1) return 1;
        return 0;
    }
    
    int compare(const double &v1, const double &v2)
    {
        if (v1 < v2) return -1;
        if (v2 < v1) return 1;
        return 0;
    }

这两个函数几乎是相同的，唯一的差异是参数的类型，函数体完全一样。为了避免重复定义，我们可以定义一个通用的**函数模板（function template）**，compare的函数模板可以定义如下：

template <typename T>
    int compare(const T &v1, const T &v2)
    {
        if (v1 < v2) return -1;
        if (v2 < v1) return 1;
        return 0;
    }

函数模板需要注意一下几点：

*  在模板定义中，模板参数列表（也就是尖括号里面的部分）不能为空。
 *  类型参数（也就是T）前必须使用关键字class或者typename（两者可以互换使用）。

#### 函数模板的实例化 ####

当我们调用一个模板函数时，编译器可以通过函数实参来为我们推断模板实参的类型。比如在下面的调用中：

cout <<  compare(1, 0) << endl;	//T为int

实参类型为int，编译器会推断出模板实参为int，并将它绑定到模板参数T。

编译器也会用推断出的模板参数来为我们 **实例化（instantiate)** 一个特定版本的函数，如下：

int compare(const int &v1, const int &v2)
    {
    	if (v1 < v2) return -1;
        if (v2 < v1) return 1;
        return 0;
    }

这些编译器生成的版本通常被成为模板的**实例（instantiation）**。

### 2 类模板 ###

**类模板（class template）** 是用来生成类的蓝图的。与函数模板不同的是，编译器不能为类模板推断模板参数类型。为了使用类模板，我们必须在模板名之后的尖括号提供额外信息（比如vector<int>）。

#### 类模板的定义 ####

假定我们希望定义一个名为Blob的模板，保存一组元素。与容器不同，我们希望Blob对象的不同拷贝之间共享相同的元素。即，当我们拷贝一个Blob时，原Blob对象及其拷贝应该引用相同的底层元素。Blob模板定义如下：

template <typename T> class Blob {
    public:
        typedef T value_type;
        typedef typename std::vector<T>::size_type size_type;
        // 构造函数
        Blob();
        Blob(std::initializer_list<T> il);
        // Blob中的元素数目
        size_type size() const { return data->size(); }
        bool empty() const { return data->empty(); }
        // 添加和删除元素
        void push_back(const T &t) { data->push_back(t);}
        // 移动版本
        void push_back(T &&t) { data->push_back(std::move(t)); }
        void pop_back();
        T& back();
        T& operator[](size_type i);
    private:
        std::shared_ptr<std::vector<T>> data;
        // 若data[i]无效，则抛出msg
        void check(size_type i, const std::string &msg) const;
    };

#### 类模板的实例化 ####

当使用一个类模板时，我们必须提供额外信息，即**显式模板实参（explicit template argument）** 列表，它们被绑定模板参数。编译器使用这些模板实参来实例化出特定的类。比如，下面是Blob模板实例化的一个例子：

Blob<int> ia;									//空Blob<int>
    Blob<int> ia2 = {0, 1, 2, 3, 4}		//有5个元素的Blob<int>

### 3 成员模板 ###

一个类（无论是普通类还是类模板）可以包含本身是模板的成员函数。这种成员被称为**成员模板（member template）**。成员模板不能是虚函数。

#### 普通类的成员模板 ####

class DebugDelete {
    public:
        DebugDelete(std::ostream &s = std::cerr) : os(s) { }
        // 与任何函数模板相同，T的类型由编译器推断
        template <typename T> void operator()(T *p) const { os << "deleting unique_ptr"} << std::endl;  delete p; }
    private:
    	std::ostream &os;
    };

#### 类模板的成员模板 ####

template <typename T> class Blob {
        template <typename It> Blob(It b, It e);
        //...
    };