【C++】模板初阶

末蓝、 2024-03-26 17:17 98阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  模板初阶
 *   *  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
         *  2.3 函数模板的原理
         *  2.4 函数模板的实例化
         *  2.5 模板参数的匹配原则
     *  3. 类模板
     *   *  3.1 类模板的定义格式
         *  3.2 类模板的实例化

## 模板初阶 ##

### 1. 泛型编程 ###

如何实现一个交换函数，我们可以的使用场景：

void Swap(int& left, int& right) {
        
    	int temp = left;
    	left = right;
    	right = temp;
    }
    void Swap(double& left, double& right) {
        
    	double temp = left;
    	left = right;
    	right = left;
    }
    void Swap(char& left, char& right) {
        
    	char temp = left;
    	left = right;
    	right = temp;
    }
    ..............

使用函数重载虽然可以实现，但是有以下几个不好的地方：

1.  重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数
2.  代码的维护性比较低，一个出错可能所有的重载都出错

**我们可以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**

如果在C++当中，有这样一个模具，通过这样的模具**填充不同的材料（类型）**，来获得不同材料的铸件（即生成具体类型的代码),那将会节省许多头发。巧的前人早已栽好树，我们只需要乘凉就行

**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 ####

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

返回值类型 函数名（参数列表）\{\}

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

注意：**typename关键字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来代替class）**

#### 2.3 函数模板的原理 ####

如何解决上面的问题？大家都知道，瓦特改良了蒸汽机，人类开始了工业革命，解放了生产力。机器生产淘汰了很多的手工产品。本质是什么，重复的工作交给了机器做。有人给出了结论：懒人创造了世界

**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。所以其实模板是将本来我们做的事情交给了编译器**

![在这里插入图片描述][3e5ce47e12bd4e4ca7df54509e39a11c.png]

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：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，然后生产一份专门处理double类型的代码，对于字符类型也是如此。

#### 2.4 函数模板的实例化 ####

**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**

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& 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);
    
    	/*
    	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类型，但模板参数列表中只有一个T，
    	编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错
    	注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要背黑锅
    	Add(a1, d1);
    	*/
    
    	// 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
    	Add(a, (int)d);
    	return 0;
    }

1.  显式实例化：在函数名后的<>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 模板参数的匹配原则 ####

1.  一个非模板函数可以和一个同名函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数

// 专门处理int的加法函数
    int Add(int left, int right)
    {
        
    	return left + right;
    }
    // 通用加法函数
    template<class T>
    T Add(T left, T right)
    {
        
    	return left + right;
    }
    void Test()
    {
        
    	Add(1, 2); // 与非模板函数匹配，编译器不需要特化
    	Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
    }

1.  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

// 专门处理int的加法函数
    int Add(int left, int right)
    {
        
    	return left + right;
    }
    // 通用加法函数
    template<class T1, class T2>
    T1 Add(T1 left, T2 right)
    {
        
    	return left + right;
    }
    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(1, 2.0); // 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
    }

1.  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 ###

#### 3.1 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
    };

#### 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;

[3e5ce47e12bd4e4ca7df54509e39a11c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/053596d10a9041f999f624b3e4c76c9e.png