深入解析C++中的函数模板和函数的默认参数

C++函数模板
我们知道，数据或数值可以通过函数参数传递，在函数定义时它们是未知的，只有在发生函数调用时才能确定其值。这就是数据的参数化。

其实，数据类型也可以通过参数来传递，在函数定义是可以不指明具体的数据类型，当发生函数调用时，编译器可以根据传入的参数自动确定数据类型。这就是数据类型参数化。

所谓函数模板，实际上是建立一个通用函数，其返回值类型和形参类型不具体指定，用一个虚拟的类型来代替（实际上是用一个标识符来占位）。这个通用函数就称为函数模板（Function Template）。凡是函数体相同的函数都可以用这个模板来代替，不必定义多个函数，只需在模板中定义一次即可。在调用函数时系统会用实参的类型来取代模板中的虚拟类型，从而实现了不同函数的功能。

【例】将上节代码改为通过函数模板来实现。

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T> //模板声明，其中T为类型参数
T max(T a, T b, T c) //定义一个通用函数，用T作虚拟的类型名
{
  if(b>a) a=b;
  if(c>a) a=c;
  return a;
}
int main( )
{
  //求三个整数的最大值
  int i1, i2, i3, i_max;
  cin >> i1 >> i2 >> i3;
  i_max = max(i1,i2,i3);
  cout << "i_max=" << i_max << endl;
  //求三个浮点数的最大值
  double d1, d2, d3, d_max;
  cin >> d1 >> d2 >> d3;
  d_max = max(d1,d2,d3);
  cout << "d_max=" << d_max << endl;
  //求三个长整型数的最大值
  long g1, g2, g3, g_max;
  cin >> g1 >> g2 >> g3;
  g_max = max(g1,g2,g3);
  cout << "g_max=" << g_max << endl;
}

运行结果与上节相同。

定义函数模板的一般形式为：

  template < typename T>

通用函数定义  通用函数定义
或

  template <class T>

通用函数定义  通用函数定义

在建立函数模板时，只要将例4.5程序中定义的第一个函数首部的int改为T即可。即用虚拟的类型名T代替具体的数据类型。在对程序进行编译时，遇到第13行调用函数max(i1, i2, i3)，编译系统会将函数名max与模板max相匹配，将实参的类型取代了函数模板中的虚拟类型T。此时相当于已定义了一个函数：

int max(int a, int b, int c)
{
  if(b>a) a=b;
  if(c>a) a=c;
  return a;
}

然后调用它。后面两行(14，15行)的情况类似。

类型参数可以不只一个，可以根据需要确定个数。如：

  template <class T1, typename T2>

可以看到，用函数模板比函数重载更方便，程序更简洁。但应注意它只适用于函数的参数个数相同而类型不同，且函数体相同的情况，如果参数的个数不同，则不能用函数模板。

C++函数的默认参数
一般情况下，在函数调用时形参从实参那里取得值，因此实参的个数应与形参相同。有时多次调用同一函数时用同样的实参，C++提供简单的处理办法，给形参一个默认值，这样形参就不必一定要从实参取值了。如有一函数声明：

  float area(float r=6.5);

指定r的默认值为6.5，如果在调用此函数时，确认r的值为6.5，则可以不必给出实参的值，如：

  area( ); //相当于area(6.5);

如果不想使形参取此默认值，则通过实参另行给出。如：

  area(7.5); //形参得到的值为7.5，而不是6.5

这种方法比较灵活，可以简化编程，提高运行效率。

如果有多个形参，可以使每个形参有一个默认值，也可以只对一部分形参指定默认值，另一部分形参不指定默认值。如有一个求圆柱体体积的函数，形参h代表圆柱体的高，r为圆柱体半径。函数原型如下：

  float volume(float h, float r=12.5); //只对形参r指定默认值12.5

函数调用可以采用以下形式：

  volume(45.6); //相当于volume(45.6，12.5)
  volume(34.2, 10.4); //h的值为34.2，r的值为10.4

实参与形参的结合是从左至右顺序进行的。因此指定默认值的参数必须放在形参表列中的最右端，否则出错。例如：

  void f1(float a, int b=0, int c, char d=′a′); //不正确
  void f2(float a, int c, int b=0, char d=′a′); //正确

如果调用上面的f2函数，可以采取下面的形式：

  f2(3.5, 5, 3, ′x′) //形参的值全部从实参得到
  f2(3.5, 5, 3) //最后一个形参的值取默认值′a′
  f2(3.5, 5) //最后两个形参的值取默认值，b=0，d=′a′

可以看到，在调用有默认参数的函数时，实参的个数可以与形参的个数不同，实参未给定的，从形参的默认值得到值。利用这一特性，可以使函数的使用更加灵活。例如例4.7求2个数或3个数中的最大数。也可以不用重载函数，而改用带有默认参数的函数。

【例】求2个或3个正整数中的最大数，用带有默认参数的函数实现。

#include <iostream>
using namespace std;
int main( )
{
  int max(int a, int b, int c=0);//函数声明,形参c有默认值
  int a,b,c;
  cin>>a>>b>>c;
  cout<<"max(a,b,c)="<<max(a,b,c)<<endl;//输出3个数中的最大者
  cout<<"max(a,b)="<<max(a,b)<<endl; //输出2个数中的最大者
  return 0;
}
int max(int a,int b,int c) //函数定义
{
  if(b>a) a=b;
  if(c>a) a=c;
  return a;
}

运行情况如下:

14 -56 135
max(a,b,c)=135
max(a,b)=14

在使用带有默认参数的函数时有两点要注意：
如果函数的定义在函数调用之前，则应在函数定义中给出默认值。如果函数的定义在函数调用之后，则在函数调用之前需要有函数声明，此时必须在函数声明中给出默认值，在函数定义时可以不给出默认值(如例4.8)。
一个函数不能既作为重载函数，又作为有默认参数的函数。因为当调用函数时如果少写一个参数，系统无法判定是利用重载函数还是利用默认参数的函数，出现二义性，系统无法执行。