C++ primer读书笔记 Chapter 16 some tips about Templates and Generic Programming

叁歲伎倆 2022-07-16 16:40 188阅读 0赞

1.明确模板概念：

第一次接触模板，看完第16章后感觉自己都弄清楚了，可是在回想一遍之后，才发现自己的思绪很混乱。所以，我先总结一下有几类模板：

（1）.函数模板：

先给出一个例子：

template <typename T>  
int compare(const T &v1, const T &v2)  
\{  
if (v1 < v2) return -1;  
if (v2 < v1) return 1;  
return 0;  
\}

这就是一个函数模板，注意在模板定义后面并没有分号（template <typename T>）。

模板定义以关键字template开始，后接模板形参表，模板形参表是用尖括号括住的一个或多个模板形参的列表，形参之间以逗号分隔。

注意：模板的形参表列不能为空。

（2）.类模板：

之前我一直没搞明白，类模板和函数模板到底有什么区别。特意上网查了资料，觉得下面的解释比较易于理解：

（引自博客[http://blog.csdn.net/csw\_100/archive/2010/08/27/5844615.aspx][http_blog.csdn.net_csw_100_archive_2010_08_27_5844615.aspx]，多谢作者）

函数模板的实例化是由编译程序在处理函数调用时自动完成的，而类模板的实例化 必须由程序员在程序中显式地指定。 即函数模板允许隐式调用和显式调用而类模板只能显示调用。

作者接下来给出的例证，是小弟目前还未接触过的知识，只能自己结合着C++primer上的例子来理解。书上给出一个Queue类模板的例子，定义如下：

template <class Type> class Queue \{  
public:  
Queue (); // default constructor  
Type &front (); // return element from head of Queue  
const Type &front () const;  
void push (const Type &); // add element to back of Queue  
void pop(); // remove element from head of Queue  
bool empty() const; // true if no elements in the Queue  
private:  
// ...  
\};  
与调用函数模板形成对比，使用类模板时，必须为模板形参显式指定实参：

Queue<int> qi; // Queue that holds ints  
Queue< vector<double> > qc; // Queue that holds vectors of doubles  
Queue<string> qs; // Queue that holds strings

我想，这就是类模板和函数模板的区别吧，必须显示调用。类模板和函数模板还有一个区别，比较好理解，那就是类模板的主体是类而函数模板的主体是函数。

3.关于类型形参的实参的受限转换：

这也是个难点，书上讲到：

一般而论，不会转换实参以匹配已有的实例化，相反，会产生新的实例。除了产生新的实例化之外，编译器只会执行两种转换：

const 转换：接受 const 引用或 const 指针的函数可以分别用非 const 对象的引用或指针来调用，无须产生新的实例化。如果函数接受非引用类型，形参类型实参都忽略 const，即，无论传递 const 或非 const 对象给接受非引用类型的函数，都使用相同的实例化。

数组或函数到指针的转换：如果模板形参不是引用类型，则对数组或函数类型的实参应用常规指针转换。数组实参将当作指向其第一个元素的指针，函数实参当作指向函数类型的指针。

第一个转换容易理解，关键是第二个。看看书上的例子：

template <typename T> T fobj(T, T); // arguments are copied  
template <typename T>  
T fref(const T&, const T&); // reference arguments  
string s1("a value");  
const string s2("another value");  
fobj(s1, s2); // ok: calls f(string, string), const is ignored  
fref(s1, s2); // ok: non const object s1 converted to const reference  
int a\[10\], b\[42\];  
fobj(a, b); // ok: calls f(int\*, int\*)  
fref(a, b); // error: array types don't match; arguments aren't converted to pointers

为什么fref(a,b)的调用会出错呢？书上解释道：fobj 的调用中，数组不同无关紧要，两个数组都转换为指针，fobj 的模板形参类型是 int\*。但是，fref 的调用是非法的，当形参为引用时，数组不能转换为指针，a 和 b 的类型不匹配，所以调用将出错。为什么会导致ab类型不匹配呢？这是因为通过引用传递数组时，数组大小成为了实参和形参的一部分。而在上面的例子中，a和b的大小并不一样，因此导致类型不匹配。

4.关于函数指针：

不得不说，模板这章真的蛮难的。需要理解的概念很多。接下来说说函数指针的赋值和初始化。

假定有一个函数指针指向返回 int 值的函数，该函数接受两个形参，都是 const int 引用，可以用该指针指向 compare 的实例化 template <typename T> int compare(const T&, const T&);  
// pf1 points to the instantiation int compare (const int&, const int&)  
int (\*pf1) (const int&, const int&) = compare;  
pf1 的类型是一个指针，指向“接受两个 const int& 类型形参并返回 int 值的函数”，形参的类型决定了 T 的模板实参的类型，T 的模板实参为 int 型，指针 pf1 引用的是将 T 绑定到 int 的实例化。这里要求能确定模板实参，否则调用将出现错误。

5.实现Queue类：

Queue类的实现将定义两个类，首先我们定义一个QueueItem类，表示Queue的链表中的节点。该类有两个数据成员item和next。item保存Queue中的元素的值，next是队列指向下一个QueueItem对象的指针。Queue中的每个元素保存在一个QueueItem对象中。

编写Queue类：

template <class Type> class QueueItem \{  
QueueItem(const Type &t): item(t), next(0) \{ \}  
Type item; // value stored in this element  
QueueItem \*next; // pointer to next element in the Queue  
\};

现在充实 Queue 类：

template <class Type> class Queue \{  
public:  
// empty Queue  
Queue(): head(0), tail(0) \{ \}  
// copy control to manage pointers to QueueItems in the Queue  
Queue(const Queue &Q): head(0), tail(0)  
\{ copy\_elems(Q); \}  
Queue& operator=(const Queue&);  
~Queue() \{ destroy(); \}  
// return element from head of Queue  
// unchecked operation: front on an empty Queue is undefined  
Type& front() \{ return head->item; \}  
const Type &front() const \{ return head->item; \}  
void push(const Type &); // add element to back of Queue  
void pop (); // remove element from head of Queue  
bool empty () const \{ // true if no elements in the Queue  
return head == 0;  
\}  
private:  
QueueItem<Type> \*head; // pointer to first element in Queue  
QueueItem<Type> \*tail; // pointer to last element in Queue  
// utility functions used by copy constructor, assignment, and destructor  
void destroy(); // delete all the elements  
void copy\_elems(const Queue&); // copy elements from parameter  
\};

这里书上说到一点，应该引起注意的是：

当使用类模板的名字的时候，必须指定模板形参。这一规则有个例外：在类本身的作用域内部，可以使用类模板的非限定名。例如，在默认构造函数和复制构造函数的声明中，名字 Queue 是 Queue<Type> 缩写表示。实质上，编译器推断，当我们引用类的名字时，引用的是同一版本。因此，复制构造函数定义其实等价于：

Queue<Type>(const Queue<Type> &Q): head(0), tail(0)  
\{ copy\_elems(Q); \}

对于类模板的用法，我还不是很了解，这里先搁一搁。

6.零碎概念：

模板类是类模板实例出来的产物。

调用类模板成员函数比调用函数模板更为灵活。用模板形参定义的函数形参的实参允许进行常规转换。这个在STL第二章有比较详细的讲过。

7.在看到特定模板的友元关系这一节时，我看到一个比较有趣的东东：

template <class T> class Foo2;  
template <class T> void templ\_fcn2(const T&);  
template <class Type> class Bar \{  
// grants access to a single specific instance parameterized by char\*  
friend class Foo2<char\*>;  
friend void templ\_fcn2<char\*>(char\* const &);  
// ...  
\};

在这段代码中，我发现了这个模板： template <class T> void templ\_fcn2(const T&) 的实例化很有趣，是这样子的： friend void templ\_fcn2<char\*>(char\* const &)。char\* const&?什么东西？这里会不会是书上写错了呢？其实这样写是对的。要理解这个，我们先来了解const char\*, char const\*, char\*const的区别。

在网上找到一篇博文，写的简单明了：

（摘自[http://www.cnblogs.com/jonnyyu/archive/2007/12/04/89766.html][http_www.cnblogs.com_jonnyyu_archive_2007_12_04_89766.html]感谢原作者！）

原文如下：

const char\*, char const\*, char\*const的区别问题几乎是C++面试中每次都会有的题目。  
  
事实上这个概念谁都有只是三种声明方式非常相似很容易记混。  
Bjarne在他的The C++ Programming Language里面给出过一个助记的方法：  
把一个声明从右向左读。  
  
char \* const cp; ( \* 读成 pointer to )  
cp is a const pointer to char  
  
const char \* p;  
p is a pointer to const char;  
  
char const \* p;  
同上因为C++里面没有const\*的运算符，所以const只能属于前面的类型。

同时，在C++标准规定，const关键字放在类型或变量名之前等价的。

这样三个的区别就清楚了。

不过，我再附上另外两篇博文，帮助大家更深入的理解const：

[http://blog.csdn.net/oury/archive/2005/02/07/283836.aspx][http_blog.csdn.net_oury_archive_2005_02_07_283836.aspx]

（感谢作者）  
所以，这里的const T&是一个引用类型的形参，实例化为char\*型，就是一个const的指针指向char型。即为char \*const&。

(这部分是我自己总结出来的，如有不足，恳请大家指出。）

8.总结模板的友元声明：（摘自C++primer）

（1）普通友元：

非模板类或非模板函数可以是类模板的友元：

template <class Type> class Bar \{  
// grants access to ordinary, nontemplate class and function  
friend class FooBar;  
friend void fcn();  
// ...  
\};  
（2）一般模板友元关系：

友元可以是类模板或函数模板：

template <class Type> class Bar \{  
// grants access to Foo1 or templ\_fcn1 parameterized by any type  
template <class T> friend class Foo1;  
template <class T> friend void templ\_fcn1(const T&);  
// ...  
\};

这个友元声明在 Bar 与其友元 Foo1 和 temp1\_fcn1 的每个实例之间建立了一对多的映射。对 Bar 的每个实例而言，Foo1 或 temp1\_fcn1 的所有实例都是友元。

（3）特定的模板友元关系：

除了将一个模板的所有实例设为友元，类也可以只授予对特定实例的访问权：

下面形式的友元声明更为常见：

template <class T> class Foo3;  
template <class T> void templ\_fcn3(const T&);  
template <class Type> class Bar \{  
// each instantiation of Bar grants access to the  
// version of Foo3 or templ\_fcn3 instantiated with the same type  
friend class Foo3<Type>;  
friend void templ\_fcn3<Type>(const Type&);  
// ...  
\};  
这些友元定义了 Bar 的特定实例与使用同一模板实参的 Foo3 或 temp1\_fcn3 的实例之间的友元关系。每个 Bar 实例有一个相关的 Foo3 和 temp1\_fcn3 友元：

Bar<int> bi; // Foo3<int> and templ\_fcn3<int> are friends  
Bar<string> bs; // Foo3<string>, templ\_fcn3<string> are friends

这个也好理解，不多说。

想要限制对特定实例化的友元关系时，必须在可以用于友元声明之前声明类或函数：

template <class T> class A;  
template <class T> class B \{  
public:  
friend class A<T>; // ok: A is known to be a template  
friend class C; // ok: C must be an ordinary, nontemplate class  
template <class S> friend class D; // ok: D is a template  
friend class E<T>; // error: E wasn't declared as a template  
friend class F<int>; // error: F wasn't declared as a template  
\};

如果没有事先告诉编译器该友元是一个模板，则编译器将认为该友元是一个普通非模板类或非模板函数。

9.成员模板：

要注意的是，在类外定义时，成员模板的定义必须包含类模板形参以及自己的模板形参。首先是类模板形参表，后面接着成员自己的模板形参表。assign 函数定义的开头为

[http_blog.csdn.net_csw_100_archive_2010_08_27_5844615.aspx]: http://blog.csdn.net/csw_100/archive/2010/08/27/5844615.aspx
[http_www.cnblogs.com_jonnyyu_archive_2007_12_04_89766.html]: http://www.cnblogs.com/jonnyyu/archive/2007/12/04/89766.html
[http_blog.csdn.net_oury_archive_2005_02_07_283836.aspx]: http://blog.csdn.net/oury/archive/2005/02/07/283836.aspx