【C++初阶】想要编译器为你干活吗？来试试模板吧（模板初阶）

妖狐艹你老母 2024-04-22 12:10 82阅读 0赞

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## 一.泛型编程 ##

### 引入 ###

> 我们之前都写过交换函数Swap，例如这样的：
> 
>     //交换两个整型
>     void Swap(int*x1, int *x2)
>     {
>     	int tmp = *x1;
>     	*x1 = *x2;
>     	*x2 = tmp;
>     
>     }
> 
> 如果要交换其它的类型该怎么办呢？
> 
> 那只能当个CV工程师了，然后再修修改改，但是如果有很多类型呢？后期又需要改动该怎么办呢？一个一个函数的改吗？多个功能相同的函数，又会使程序**可读性降低，代码冗余**。
> 
> 我们能用一个具有交换函数逻辑的模具，来实现不同需求吗？
> 
> 答案是可以，用模板就可以了。

### 模板 ###

> **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**

> 语法：**template<class/typename 参数，class/typename 参数 .......>**
> 
> 注意：**class 或是 typename** 是用来定义模板参数的**关键字**，不可以使用 **struct**，并且可 以定义**多个模板参数**。
> 
> 模板分为两种：
> 
>  **1.函数模板**
> 
>  **2.类模板**
> 
> 注意：**类模板和模板类不是同一个概念**（详见下文）

示例：Swap模板

template<typename T>   //这个模板的作用域是下面的一个大括号，当然也可以有多个模板参数
    void Swap(T& x1, T& x2)  //注意这里要用引用
    {
    	T tmp = x1;
    	x1 = x2;
    	x2 = tmp;
    }

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## 二.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。
> 
> **编译器由模板生成函数的过程称为实例化**。
> 
> 上文中的Swap模板就是一个函数模板。

### 隐式实例化 ###

> **隐式实例化是指编译器根据实参自己推演参数的类型，并生成对应的函数；**
> 
> 以Swap函数模板为例：
> 
>     template<typename T>
>     void Swap(T &x1, T &x2)
>     {
>     	T tmp = x1;
>     	x1 = x2;
>     	x2 = tmp;
>     }
>     
>     int main()
>     {
>     	int a1 = 1, a2 = 2;
>     	double b1= 5.2, b2 = 6.4;
>     	char c1 = 'a', c2 = 'e';
>     	Swap(a1, a2); cout << a1 << " " << a2 << endl;
>     	Swap(b1, b2); cout << b1 << " " << b2 << endl;
>     	Swap(c1, c2); cout << c1 << " " << c2 << endl;
>     
>     	return 0;
>     
>     }
> 
> ![76a6cdbdf65f46fda5aca9c4feb353f1.png][]
> 
>  **即使它们用的是同一个模板，但他们调用的并不是同一个函数**，从汇编中就可以看出来：
> 
> ![0257515058b54a10adc2ac2a0da42bb4.png][]
> 
> ![c56e14a5038d4e99aaada76755917f52.png][]

### 显式实例化 ###

> **语法：函数名<类型>（实参1，实参2.....）**
> 
> 例：
> 
>     template<typename T>
>     void Swap(T &x1, T &x2)
>     {
>     	T tmp = x1;
>     	x1 = x2;
>     	x2 = tmp;
>     }
>     
>     int main()
>     {
>     	int a1 = 1, a2 = 2;
>     	double b1= 5.2, b2 = 6.4;
>     	char c1 = 'a', c2 = 'e';
>     	Swap<int>(a1, a2);   //显式实例化
>     	return 0;
>     
>     }

> 其实有的时候我们不得不显示实例化模板：
> 
> ![16ad965547004780ba6dbe77e443846d.png][]

### 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模板函数；
> 
> 例：
> 
>     // 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
>     }

> 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出一个实例**。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
> 
> 如下动图所示：
> 
> ![a9ef5328e3814f8d92f644d059260030.gif][]

> 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**。

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## 三.类模板 ##

### 定义格式 ###

template<class T1, class T2, ..., class Tn>  //typename也可以
    class 类模板名
    {
        // 类内成员定义
    };

### 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，也就是**要显式实例化**；
> 
> 注意：**类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类**
> 
> 例：
> 
>     // Stack是类名，Stack<int>才是类型
>     Stack<int> s1;
>     Stack<double> s2;

### 类模板和模板类的区别 ###

#### 类模板 ####

> **类模板是指定义一个通用的类模板，其中包含一个或多个类型参数**，这些类型参数可以在实例化时被替换为具体的类型。
> 
> 例：
> 
>     template <typename T>
>     class MyContainer 
>     {
>       public:
>         void add(T element);
>         T get(int index);
>       private:
>         T elements[100];
>         int size;
>     };
> 
> 在这个例子中：
> 
> 1，**\`MyContainer\` 是一个类模板**；
> 
> 2，**\`T\` 是一个类型参数**，可以在实例化时被替换为具体的类型，例如 \`int\` 或 \`double\`。

#### 模板类 ####

> **模板类是指使用类模板生成的具体类**。
> 
> 例：
> 
>     //.....
>     MyContainer<int> intContainer;
>     MyContainer<double> doubleContainer;
>     //.....
> 
> 在这个例子中:
> 
> 1，**\`MyContainer<int>\` 和 \`MyContainer<double>\` 都是模板类**；
> 
> 2，**它们是使用类模板 \`MyContainer\` 生成的具体类**，分别用于存储 \`int\` 和 \`double\` 类型的 元素。

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> **??本篇文章到此就结束了， 若有错误或是建议的话，欢迎小伙伴们指出；?️?**
> 
> **??希望小伙伴们能支持支持博主啊，你们的支持对我很重要哦；??**
> 
> **??谢谢你的阅读。??**

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