C++图文并茂分析讲解模板

目录

• 1.内容引入
• 2.模板函数
• C语言写交换函数
• C++写交换函数
• 模板交换函数的语法及其原理
• 语法
• 原理
• 理解显示实例化和隐式实例化
• 关于编译器也是懒人这件事
• 3.类模板

1.内容引入

​ 不知道大家是否在高中时背过英语范文模板，以下就是博主的回忆：

​ 这篇模板是一些英语比较好的老师写的。

​ 每当碰到感谢信时，我都会狂喜，尽管感谢的内容不同，地点不同，我都可以去根据模板，再根据作文分析模板的那些空对应应该填入什么。

其实呢c++中也用模板，但是这个时候，我们是写模板的人，而编译器变成了那个根据模板照葫芦画瓢的人

2.模板函数

C语言写交换函数

#include<iostream>
using namespace std;
void Swapi(int* a, int* b)
{
	int tmp = *a;
	*a = *b;
	*b = tmp;
}
void Swapd(double* a, double* b)
{
	double tmp = *a;
	*a = *b;
	*b = tmp;
}
//……
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	Swapi(&a, &b);
	double c = 1.1, d = 2.2;
	Swapd(&c, &d);
	return 0;
}

​ 要实现不同类型的交换，实参不仅要传地址，而且不同类型的函数的名字要保持不同

至于为什么会这样，大家可以去看看我的文章。解释了为什么c语言不支持函数重载：

传送门

C++写交换函数

#include<iostream>
using namespace std;
void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
void Swap(double& x, double& y)
{
	double tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
//……
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	Swap(a, b);
	double c = 1.1, d = 2.2;
	Swap(c, d);
	return 0;
}

​ C++在语法上增加了引用和函数重载，在一定程度上弥补了c语言的不足，但是上述代码明明逻辑很相似，却还是要我们去实现不同类型的代码，对于我们这种懒人来说，简直就是煎熬

​ 但是计算机他是一个任劳任怨的好铁，不来不会感到疲劳，厌倦，是一个头脑优点笨笨的但是计算能力超强的大铁块。

模板交换函数的语法及其原理

语法

#include<iostream>
using namespace std;
template <class T>
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	Swap(a, b);
	double c = 1.1, d = 2.2;
	Swap(c, d);
	return 0;
}

​ 这样写交换函数是不是就轻松多了，但是我们思考以下，上述代码调用的是一个Swap函数还是两个Swap函数呢？

回顾我们说的模板，是我们写的模板，然后编译器照着模板帮我们写出了int和double类型的交换函数。

原理

图解：

我们也可以通过调试上述代码，转到反汇编，看看调用的函数是否真的是不同的函数。

理解显示实例化和隐式实例化

我们那模板加法函数来理解

#include<iostream>
using namespace std;
T Add(const T& x,const T& y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	double c = 1.1, d = 2.2;
	cout << Add(a, b) << endl;//编译器要自己推类型的是隐式实例化
	cout << Add(c, d) << endl;
	//cout << Add(a, c) << endl;//error这样的写法就错了，为难编译器了，编译器也推不出来了
	cout << Add<int>(a, c) << endl;//不需要编译器去推的是显示实例化
	cout << Add<double>(b, d) << endl;
	cout << Add(a, (int)c) << endl;
	return 0;
}

编译器要自己去推T是什么类型的，就是隐式实例化

而由我们告诉编译器T是什么类型的，就是显示实例化

关于编译器也是懒人这件事

我们来看几道模板函数的代码来看看编译器是如何做事的：

#include<iostream>
using namespace std;
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;
}
int main()
{
	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
	return 0;
}

​ 如果调试了上述代码就会发现，编译器第一次调用的是第一个Add函数，第二次由于我们的指定，编译器调用的是模板加法函数。

#include<iostream>
using namespace std;
int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}
template < class T1, class T2>
T1 Add(const T1 x,const T2 y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	Add(1, 2);
	Add(1, 2.0);//如果不写模板，会进行一个类型转换，再去调用第一个
	return 0;
}

3.类模板

由于c++的顺序表是用vector表示的，下面咱们的类名也用vector表示

像以前我们实现一个顺序表是这样的。

typedef int VDateType;
class vector
{
public:
	//……
private:
	VDateType* _a;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};
int main()
{
	vector v1;
	vector v2;
	return 0;
}

但是我们无法让v1是int类型的顺序表，v2是double类型的顺序表。

用模板类来实现

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace kcc
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		vector()
			:_a(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{}
		// 拷贝构造和operator= 这里涉及深浅拷贝问题，还挺复杂，后面具体再讲
		~vector()
		{
			delete[] _a;
			_a = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}
		void push_back(const T& x)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				int newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				T* tmp = new T[newcapacity];
				if (_a)
				{
					memcpy(tmp, _a, sizeof(T) * _size);
					delete[] _a;
				}
				_a = tmp;
				_capacity = newcapacity;
			}
			_a[_size] = x;
			++_size;
		}
		// 读+写
		T& operator[](size_t pos);
		size_t size();
	private:
		T* _a;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};
	// 模板不支持分离编译，也就是声明在.h ,定义在.cpp，原因后面再讲
	// 建议就是定义在一个文件 xxx.h  xxx.hpp
	// 在类外面定义
	template<class T>
	T& vector<T>::operator[](size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		return _a[pos];
	}
	template<class T>
	size_t vector<T>::size()
	{
		return _size;
	}
}
int main()
{
	kcc::vector<int> v1;		// int
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);
	// v1.operator[](3);
	//cout << v1[3] << endl;
	//cout << v1[5] << endl;
	for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
	{
		v1[i] *= 2;
	}
	cout << endl;
	for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
	{
		cout << v1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	kcc::vector<double> v2;   // double
	v2.push_back(1.1);
	v2.push_back(2.2);
	v2.push_back(3.3);
	v2.push_back(4.4);
	for (size_t i = 0; i < v2.size(); ++i)
	{
		cout << v2[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

如果内部成员函数在类的外面定义的话，要加上类名::

当然了，本文章并不是重点介绍顺序表vector的实现，而是让大家看看类模板的效果

vector会在后续的文章中更新，敬请期待！

到此这篇关于C++图文并茂分析讲解模板的文章就介绍到这了,更多相关C++模板内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！