模板初阶

拼搏现实的明天。 2022-03-21 04:30 230阅读 0赞

一、泛型编程  
1、函数重载的缺点：  
（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  
2、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。模板是泛型编程的一种。  
3、模板又包括：函数模板和类模板。

二、函数模板  
1、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模板。  
2、格式:

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：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class（不能用struct代替class）*

3、函数模板的原理  
模板本身不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体函数的模具。  
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。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pEXzAxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
4、函数模板的实例化  
用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数的实例化。  
（1）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& a, const T& b)
    {
    	return a + b;
    }
    
    int main()
    {
    	int a1 = 10, a2 = 20;
    	double d1 = 10.1, d2 = 20.0;
    	Add(a1, a2);
    	Add(d1, d2);
    	/*该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型，
    	通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double，但模板参数列表只有一个T，
    	编译器无法确定此处到底是将T确定为int还是double而报错
    	Add(a1, d1);*/
    
    	//此时有两种处理方式：用户自己来强制转化；使用显示实例化
    	Add(a1, (int)d1);
    	return 0;
    }

（2）显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

int main()
    {
    	int a = 10;
    	double d = 20.0;
    	Add<int>(a, d);
    	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  
（1）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函数模板。

int Add(int a, int b)
    {
    	return a + b;
    }
    
    template<class T>
    T Add(T a, T b)
    {
    	return a + b;
    }
    
    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<int>(1, 2);    //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
    }

（2）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。

int Add(int a, int b)
    {
    	return a + b;
    }
    
    template<class T1， class T2>
    T Add(T1 a, T2 b)
    {
    	return a + b;
    }
    
    void Test()
    {
    	Add(1, 2);
    	Add(1, 2.0);
    }

（3）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
    };

动态顺序表

template<class T>
    class Vector
    {
    public:
    	Vector(size_t capacity = 10)
    		:_pData(new T[capacity])
    		, _size(0)
    		, _capacity(capacity)
    	{}
    
    	~Vector();
    
    	void PushBack(const T& data)
    	{
    		_pData[_size++] = data;
    	}
    
    	void PopBack()
    	{
    		--_size;
    	}
    
    	size_t Size()
    	{
    		return _size;
    	}
    
    	T& operator[](size_t pos)
    	{
    		assert(pos < _size);
    		return _pData[pos];
    	}
    
    private:
    	T* _pData;
    	size_t _size;
    	size_t _capacity;
    };
    
    template <class T>
    Vector<T>::~Vector()
    {
    	if (_pData)
    	{
    		delete[] _pData;
    	}
    }

2、类模板的实例化  
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。

int main()
    {
    	Vector<int> s1;
    	s1.PushBack(1);
    	s1.PushBack(2);
    	s1.PushBack(3);
    
    	Vector<double> s2;
    	s2.PushBack(1.0);
    	s2.PushBack(2.0);
    	s2.PushBack(3.0);
    
    	for (size_t i = 0; i < s1.Size(); i++)
    	{
    		cout << s1[i] << " ";
    	}
    	cout << endl;
    
    	for (size_t i = 0; i < s2.Size(); i++)
    	{
    		cout << s2[i] << " ";
    	}
    	cout << endl;
    }

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