初识C++模板（函数、类模板）

2022-12-15 11:17 89阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、泛型编程
 *  二、函数模板
 *   *  1.函数模板的概念
     *  2.函数模板格式
     *  3.函数模板原理
     *  4.函数模板的实例化
     *  5.模板参数的匹配原则
 *  三、类模板
 *   *  1.类模板的定义格式
     *  2.类模板的实例化

# 一、泛型编程 #

如何实现一个通用的加法函数呢？

int Add(int left, int right)
    {
        
    	return left + right;
    }
    
    double Add(double left, double right)
    {
        
    	return left + right;
    }
    
    char Add(char left, char right)
    {
        
    	return left + right;
    }
    
    ......

使用函数重载虽然可以实现，但是有以下几个不好的地方：

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？  
就好比：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
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)，来获得不同材料的冰淇淋 (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。**

# 二、函数模板 #

## 1.函数模板的概念 ##

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。

## 2.函数模板格式 ##

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

实例：

template<class T>
    T Add(T left, T right)
    {
        
    	cout << typeid(T).name() << endl;
    	return left + right;
    }

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class。

## 3.函数模板原理 ##

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。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
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。

## 4.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。  
a. 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<typename T>
    T Add(T left, T right)
    {
        
    	cout << typeid(T).name() << endl;
    	return left + right;
    }
    
    
    //模板的实例化：也就是将函数模板参数具体化
    // 函数模板调用原理---隐式实例化
    //  编译器在编译阶段，用户对函数模板实例化之后，
    //  编译器会对实参类型进行推演，
    //  根据推演的结果来确定模板参数列表中T的实际类型
    //  根据确定的T的具体类型来生成处理具体类型的函数
    // 注意：在隐式实例化中，编译器在生成代码时不会进行隐式类型转化
    
    int main()
    {
        
    	//隐式实例化
    	Add(1, 2);
    	/*
    	int Add<int>(int left,int right)
    	{
    		cout<<typeid(int).name()<<endl;
    		return left+right;
    	}
    	*/
    	Add(1.0, 2.0);
    	/*
    	double Add<double>(double left,double right)
    	{
    		cout<<typeid(double).name()<<endl;
    		return left+right;
    	}
    	*/
    
    	//int和double之间可以相互转换
    	Add(1, (int)2.0); //int double

b.显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

int main(void) 
    {
            
        int a = 10;    
        double b = 20.0;        
        // 显式实例化   
        Add<int>(a, b);    
        return 0; 
    }

如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功编译器将会报错。

## 5.模板参数的匹配原则 ##

a.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 
    }

b.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函数 
    }

c.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

# 三、类模板 #

## 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 
    };

实现模板类型的动态顺序表：

template<class T>
    class SeqList
    {
        
    public:
    	SeqList(size_t capacity = 10)
    		: _array(new T[capacity])
    		, _capacity(capacity)
    		, _size(0)
    	{
        }
    	void PushBack(const T& data)
    	{
        
    		if (_size == _capacity)
    		{
        
    			//
    		}
    		//尾插
    		_array[_size++] = data;
    	}
    	void PopBack()
    	{
        
    		if (!Empty())
    		{
        
    			--_size;
    		}
    	}
    	bool Empty()const
    	{
        
    		return _size == 0;
    	}
    	size_t Size()const
    	{
        
    		return _size;
    	}
    	size_t Capacity()const
    	{
        
    		return _capacity;
    	}
    	~SeqList()
    	{
        
    		if (_array)
    		{
        
    			delete[] _array;
    			_array = nullptr;
    			_capacity = 0;
    			_size = 0;
    		}
    	}
    	const T& operator[](size_t index)
    	{
        
    		assert(index < _size);
    		return _array[index];
    	}
    private:
    	T* _array;
    	size_t _capacity;
    	size_t _size;
    };
    
    
    int main()
    {
        
    	int array[] = {
         1, 2, 3, 4, 5 };
    	cout << array[2] << endl;
    
    	SeqList<int> s1;
    	s1.PushBack(1);
    	s1.PushBack(2);
    	s1.PushBack(3);
    	s1.PushBack(4);
    
    	cout << s1.Size() << endl;
    	cout << s1.Capacity() << endl;
    	return 0;
    }

## 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。

// SeqList类名，SeqList<int>才是类型 
     SeqList<int> s1; 
     SeqList<double> s2;

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221123/5b87d6ddf6a24d938616141f2d310132.png
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