【C++】模板初阶

本是古典何须时尚 2021-09-09 03:40 375阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、泛型编程
 *  二、函数模板
 *   *  1.函数模板概念
     *  2.函数模板格式
     *  3.函数模板的实例化
 *  三、类模板
 *   *  1.类模板的定义
     *  2.类模板的实例化
 *  感谢阅读，如有错误请批评指正

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# 一、泛型编程 #

以交换两个变量的值为例：

代码如下：

void Swap(int& a, int& b) 
    { 
    	int temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    void Swap(double& a, double& b) 
    { 
    	double temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    void Swap(char& a, char& b) 
    { 
    	char temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    //同理可写出unsigned int，float……类型的交换函数

函数重载可以存在多个同名的Swap函数、引用的使用已经比C语言已经方便了很多，但是以下两个方面仍很难处理：

（1）重载的函数仅仅只是类型不同，而逻辑完全相同，代码的复用率比较低，只要有新类型出现，就需要增加对应的函数。  
（2）代码的可维护性比较低，由于逻辑相同，一个出错所有的重载均出错。

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？

C++提供模板template来实现。

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# 二、函数模板 #

## 1.函数模板概念 ##

函数模板代表了一个函数集合，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生适用于不同类型的函数。

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## 2.函数模板格式 ##

template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>  
返回值类型 函数名(参数列表)\{\}

具体写法如下：

//T也可为其它名称
    template<typename T>//注意没有逗号
    void Swap(T& left, T& right) 
    { 
    	T temp = left;
     	left = right;
     	right = temp; 
    }
    
    int main()
    { 
    	//下面的Swap函数时两个不同的函数，因为他们的参数列表不同
    	//一个参数是两个int，另一个的参数是两个double
    	int a = 1, b = 2;
    	Swap(a, b);
    	double c = 3.14, d = 3.15;
    	Swap(c, d);
    	
    	return 0;
    }

调试查看反汇编代码，发现函数地址不同，显然是两个不同的函数。

查看反汇编结果如下：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl81MTk4MzYwNA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**typename是用来定义模板参数关键字的，也可以使用class，但切记不能使用struct代替class。**

注意一个模板只能在之后的第一个函数中使用，剩余的函数无法再使用。

template<class X>
    void Swap(X& a, X& b)
    { 
    	X tmp = a;
    	a = b;
    	b = tmp;
    }
    
    void f(X a)//error
    { }

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## 3.函数模板的实例化 ##

代码如下：

template<class T>
    T add(T a, T b)
    { 
    	return a + b;
    }
    
    int main()
    { 
    	int a = 1, b = 2;
    	add(a, b);//√
    	double c = 3.14, d = 3.15;
    	add(c, d);//√
    	
    	add(a, c);//error
    	//该语句无法通过编译，编译器通过a推演得出T应为int，但通过c推演得出T应为double
    	//二者矛盾，编译器无法确定T到底应该是哪一种类型，报错
    
    	//以下两种办法可以解决
    	//1.强制类型转换
    	add(a, (int)c);
    	
    	//2.显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的类型
    	add<int>(a, c);
    	add<double>(a, c);
    	return 0;
    }

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# 三、类模板 #

## 1.类模板的定义 ##

以顺序表为例，在C语言中，通过下面的方式使代码面对不同类型的数据时尽可能复用。

代码如下：

typedef int DataType;
    struct Vector
    { 
    	DataType _a;
    	int _size;
    	int _capacity;
    };
    
    //对顺序表的操作函数
    //...

但是这也有一个问题，就是在同一份代码中，无法同时创建一个数据类型为int的顺序表和一个数据类型为double的顺序表，如果想要实现，又需要重写一份几乎完全相同的代码。

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C++中可使用类模板来解决上述问题。

代码如下：

template<class T>
    
    class Vector
    { 
    public:
    	//成员函数
    	//...
    private:
    	T* _a;
    	int _size;
    	int _capacity;
    };
    
    int main()
    { 
    	Vector<int> v1;//数据类型为int的顺序表v1
    	Vector<double> v2;//数据类型为double的顺序表v2
    
    	return 0;
    }

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## 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，实例化的结果才是真正的类。  
上面的代码中Vector是类名，Vector < int >才是类型。

**模板不支持分离编译**，也就是说声明放在.h文件中，而定义放在.cpp中。

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# 感谢阅读，如有错误请批评指正 #

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