bilibiliC++01-07_函数模板

- 日理万妓 2022-10-30 02:27 169阅读 0赞

## 1 模板 ##

### 1.1 模板的概念 ###

模板就是建立**通用的模具**，大大**提高复用性**

例如生活中的模板：一寸照片模板，PPT模板

模板的特点：

*  模板不可以直接使用，它只是一个框架
 *  模板的通用并不是万能的
 *

### 1.2 函数模板 ###

*  C++另一种编程思想称为 泛型编程 ，主要利用的技术就是模板
 *  C++提供两种模板机制:**函数模板**和**类模板**

#### 1.2.1 函数模板语法 ####

函数模板作用：  
建立一个通用函数，其函数返回值类型和形参类型可以不具体制定，用一个**虚拟的类型**来代表。

**语法：**

template<typename T>
    函数声明或定义

**解释：**

template — 声明创建模板

typename — 表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替

T — 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

**示例：**

//交换整型函数
    void swapInt(int& a, int& b) { 
    	int temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    //交换浮点型函数
    void swapDouble(double& a, double& b) { 
    	double temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    //利用模板提供通用的交换函数
    template<typename T>//声明一个模板，T是一个通用数据类型
    void mySwap(T& a, T& b)
    { 
    	T temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    void test01()
    { 
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	
    	//swapInt(a, b);
    
    	//两种方式，利用模板实现交换
    	//1、自动类型推导：编译器自己推导T是int类型
    	mySwap(a, b);
    
    	//2、显示指定类型：我告诉编译器T是int类型
    	mySwap<int>(a, b);
    
    	cout << "a = " << a << endl;
    	cout << "b = " << b << endl;
    
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

总结：

*  函数模板利用关键字 template
 *  使用函数模板有两种方式：自动类型推导、显示指定类型
 *  模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化

#### 1.2.2 函数模板注意事项 ####

注意事项：

*  自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
 *  模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用

**示例：**

//利用模板提供通用的交换函数
    template<class T>
    void mySwap(T& a, T& b)
    { 
    	T temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    
    // 1、自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
    void test01()
    { 
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	char c = 'c';
    
    	mySwap(a, b); // 正确，可以推导出一致的T
    	//mySwap(a, c); // 错误，推导不出一致的T类型
    }
    
    
    // 2、模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
    template<class T>
    void func()
    { 
    	cout << "func 调用" << endl;
    }
    
    void test02()
    { 
    	//func(); //错误，模板不能独立使用，必须确定出T的类型，无法自动推导
    	func<int>(); //利用显示指定类型的方式，给T一个类型，才可以使用该模板
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    	test02();
    
    	system("pause");
    	return 0;
    }

总结：

*  使用模板时必须确定出通用数据类型T，并且能够推导出一致的类型

#### 1.2.3 函数模板案例 ####

案例描述：

*  利用函数模板封装一个排序的函数，可以对**不同数据类型数组**进行排序
 *  排序规则从大到小，排序算法为**选择排序**
 *  分别利用**char数组**和**int数组**进行测试

示例：

//交换的函数模板
    template<typename T>
    void mySwap(T &a, T&b)
    { 
    	T temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    
    template<class T> // 也可以替换成typename
    //利用选择排序，进行对数组从大到小的排序
    void mySort(T arr[], int len)
    { 
    	for (int i = 0; i < len; i++)
    	{ 
    		int max = i; //最大数的下标
    		for (int j = i + 1; j < len; j++)
    		{ 
    			if (arr[max] < arr[j])
    			{ 
    				max = j;
    			}
    		}
    		if (max != i) //如果最大数的下标不是i，交换两者
    		{ 
    			mySwap(arr[max], arr[i]);
    		}
    	}
    }
    template<typename T>
    void printArray(T arr[], int len) { 
    
    	for (int i = 0; i < len; i++) { 
    		cout << arr[i] << " ";
    	}
    	cout << endl;
    }
    void test01()
    { 
    	//测试char数组
    	char charArr[] = "bdcfeagh";
    	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
    	mySort(charArr, num);
    	printArray(charArr, num);
    }
    
    void test02()
    { 
    	//测试int数组
    	int intArr[] = {  7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 };
    	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
    	mySort(intArr, num);
    	printArray(intArr, num);
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    	test02();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

总结：模板可以提高代码复用，需要熟练掌握

#### 1.2.4 普通函数与函数模板的区别 ####

**普通函数与函数模板区别：**

*  普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
 *  函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换
 *  如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换

**示例：**

//普通函数
    int myAdd01(int a, int b)
    { 
    	return a + b;
    }
    
    //函数模板
    template<class T>
    T myAdd02(T a, T b)  
    { 
    	return a + b;
    }
    
    //使用函数模板时，如果用自动类型推导，不会发生自动类型转换,即隐式类型转换
    void test01()
    { 
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	char c = 'c';
    	
    	cout << myAdd01(a, c) << endl; //正确，将char类型的'c'隐式转换为int类型 'c' 对应 ASCII码 99
    
    	//myAdd02(a, c); // 报错，使用自动类型推导时，不会发生隐式类型转换
    
    	myAdd02<int>(a, c); //正确，如果用显示指定类型，可以发生隐式类型转换
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

总结：建议使用显示指定类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T

#### 1.2.5 普通函数与函数模板的调用规则 ####

调用规则如下：

1.  如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
2.  可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
3.  函数模板也可以发生重载
4.  如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板

**示例：**

//普通函数与函数模板调用规则
    void myPrint(int a, int b)
    { 
    	cout << "调用的普通函数" << endl;
    }
    
    template<typename T>
    void myPrint(T a, T b) 
    {  
    	cout << "调用的模板" << endl;
    }
    
    template<typename T>
    void myPrint(T a, T b, T c) 
    {  
    	cout << "调用重载的模板" << endl; 
    }
    
    void test01()
    { 
    	//1、如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
    	// 注意 如果告诉编译器 普通函数是有的，但只是声明没有实现，或者不在当前文件内实现，就会报错找不到
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	myPrint(a, b); //调用普通函数
    
    	//2、可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
    	myPrint<>(a, b); //调用函数模板
    
    	//3、函数模板也可以发生重载
    	int c = 30;
    	myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板
    
    	//4、 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
    	char c1 = 'a';
    	char c2 = 'b';
    	myPrint(c1, c2); //调用函数模板
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

总结：既然提供了函数模板，最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性

#### 1.2.6 模板的局限性 ####

**局限性：**

*  模板的通用性并不是万能的

**例如：**

template<class T>
    	void f(T a, T b)
    	{  
        	a = b;
        }

在上述代码中提供的赋值操作，如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了

再例如：

template<class T>
    	void f(T a, T b)
    	{  
        	if(a > b) {  ... }
        }

在上述代码中，如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行

因此C++为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些**特定的类型**提供**具体化的模板**

**示例：**

#include<iostream>
    using namespace std;
    
    #include <string>
    
    class Person
    { 
    public:
    	Person(string name, int age)
    	{ 
    		this->m_Name = name;
    		this->m_Age = age;
    	}
    	string m_Name;
    	int m_Age;
    };
    
    //普通函数模板
    template<class T>
    bool myCompare(T& a, T& b)
    { 
    	if (a == b)
    	{ 
    		return true;
    	}
    	else
    	{ 
    		return false;
    	}
    }
    
    
    //具体化，显示具体化的原型和定意思以template<>开头，并通过名称来指出类型
    //具体化优先于常规模板
    template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2)
    { 
    	if ( p1.m_Name  == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age)
    	{ 
    		return true;
    	}
    	else
    	{ 
    		return false;
    	}
    }
    
    void test01()
    { 
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	//内置数据类型可以直接使用通用的函数模板
    	bool ret = myCompare(a, b);
    	if (ret)
    	{ 
    		cout << "a == b " << endl;
    	}
    	else
    	{ 
    		cout << "a != b " << endl;
    	}
    }
    
    void test02()
    { 
    	Person p1("Tom", 10);
    	Person p2("Tom", 10);
    	//自定义数据类型，不会调用普通的函数模板
    	//可以创建具体化的Person数据类型的模板，用于特殊处理这个类型
    	bool ret = myCompare(p1, p2);
    	if (ret)
    	{ 
    		cout << "p1 == p2 " << endl;
    	}
    	else
    	{ 
    		cout << "p1 != p2 " << endl;
    	}
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    
    	test02();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

总结：

*  利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化
 *  学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板