C++ 函数模板和类模板详情

目录

• 1. 泛型编程
• 2. 函数模板
• 2.1 函数模板概念
• 2.2 函数模板格式化
• 2.3 函数模板原理
• 2.4 函数模板实例化
• 2.5 模板参数的匹配原理
• 3. 类模板
• 3.1 类模板的定义格式
• 3.2 类模板的实例化

1. 泛型编程

如何实现一个通用的交换函数？
在C++中可以用到函数重载

class A
{
public:
 void Swap(int& x1,int& x2)
 {
  int temp=x1;
  x1=x2;
  x2=temp;
 }

 void Swap(double& x1,double& x2)
 {
  double temp=x1;
  x1=x2;
  x2=temp;
 }

 void Swap(char& x1,char& x2)
 {
  char temp=x1;
  x1=x2;
  x2=temp;
 }

 //..............
};

但是这样写有几个缺点：

• 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
• 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

那么能否告诉编译器一个摸子，让编译器根据不同类型利用该摸子来生成代码呢？

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，模板是泛型的基础。

2. 函数模板

2.1 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。

2.2 函数模板格式化

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

返回类型 函数名（参数列表）{}

template<typename T>
void Swap( T& left, T& right)
{
    T temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}

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)

2.3 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。

2.4 函数模板实例化

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。

• 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<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
    return left + right;
}
int main()
{
    int a1 = 10, a2 = 20;
    double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
    Add(a1, a2);
    Add(d1, d2);
    Add(a,(int)b);
    return 0;
}

• 显示实例化：在函数名后<>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。

2.5 模板参数的匹配原理

• 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
• 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
• 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

3. 类模板

在学习C语言中，我们写一个顺序表的时候会先用

typedef int ST ;

但是在实际用的时候无法又用int又用double又用char，所以在C++中就有了类模板。

3.1 类模板的定义格式

类模板的格式：

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
 // 类内成员定义
};

跟函数模板没有什么区别

在写顺序表的时候：

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();

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;
}

3.2 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。

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

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