[C++]模板初階詳解-創(chuàng)新互聯(lián)

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如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的交換函數(shù)呢？

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 = temp;
}

.........

上述代碼使用函數(shù)重載雖然可以實(shí)現(xiàn)，但是有一下幾個(gè)不好的地方：

  1. 重載的函數(shù)僅僅是類型不同，代碼復(fù)用率比較低，只要有新類型出現(xiàn)時(shí)，就需要用戶自己增加對應(yīng)的函 數(shù)。
  2. 代碼的可維護(hù)性比較低，一個(gè)出錯(cuò)可能所有的重載均出錯(cuò)。

那能否告訴編譯器一個(gè)模子，讓編譯器根據(jù)不同的類型利用該模子來生成代碼呢？

于是C++便加入了模板來解決這一問題。

模板分類：

2. 函數(shù)模板 2.1函數(shù)模板的概念

函數(shù)模板代表了一個(gè)函數(shù)家族，該函數(shù)模板與類型無關(guān)，在使用時(shí)被參數(shù)化，根據(jù)實(shí)參類型產(chǎn)生函數(shù)的特定 類型版本。

2.2?函數(shù)模板格式

template

返回值類型 函數(shù)名(參數(shù)列表){}

舉例：

templatevoid Swap( T& left, T& right)
{
 T temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

注意：typename是用來定義模板參數(shù)關(guān)鍵字，也可以使用class(切記：不能使用struct代替class)

2.3 函數(shù)模板的原理

那么如何解決上面的問題呢？大家都知道，瓦特改良蒸汽機(jī)，人類開始了工業(yè)革命，解放了生產(chǎn)力。機(jī)器生 產(chǎn)淘汰掉了很多手工產(chǎn)品。本質(zhì)是什么，重復(fù)的工作交給了機(jī)器去完成。有人給出了論調(diào)：懶人創(chuàng)造世界。

函數(shù)模板是一個(gè)藍(lán)圖，它本身并不是函數(shù)，是編譯器用使用方式產(chǎn)生特定具體類型函數(shù)的模具。所以其實(shí)模板就是將本來應(yīng)該我們做的重復(fù)的事情交給了編譯器。

在編譯器編譯階段，對于模板函數(shù)的使用，編譯器需要根據(jù)傳入的實(shí)參類型來推演生成對應(yīng)類型的函數(shù)以供調(diào)用。比如：當(dāng)用double類型使用函數(shù)模板時(shí)，編譯器通過對實(shí)參類型的推演，將T確定為double類型，然 后產(chǎn)生一份專門處理double類型的代碼，對于字符類型也是如此 。

2.4?模板的實(shí)例化

用不同類型的參數(shù)使用函數(shù)模板時(shí)，稱為函數(shù)模板的實(shí)例化。模板參數(shù)實(shí)例化分為：隱式實(shí)例化和顯式實(shí)例化。

  1. 隱式實(shí)例化：讓編譯器根據(jù)實(shí)參推演模板參數(shù)的實(shí)際類型

例如：

templateT Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.15, d2 = 20.2;
	cout<< Add(a1, a2)<< endl;
	cout<< Add(d1, d2)<< endl;
	cout<< Add(a1, d1)<< endl;
	return 0;
}

上面代碼不能編譯通過，因?yàn)樵诰幾g期間，當(dāng)編譯器看到該實(shí)例化時(shí)，需要推演其實(shí)參類型 通過實(shí)參 a1?將T推演為int，通過實(shí)參 d1?將T推演為double類型，但模板參數(shù)列表中只有一個(gè)T， 編譯器無法確定此處到底該將T確定為int 或者 double類型而報(bào)錯(cuò)。

因此，在模板中，編譯器一般不會進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換操作，因?yàn)橐坏┺D(zhuǎn)化出問題，編譯器就需要背黑鍋。

對此，有兩種解決方法：

?1. 用戶自己來強(qiáng)制轉(zhuǎn)化

cout<< Add(a1, (int)d1)<< endl;
	cout<< Add((double)a1,d1)<< endl;

? 2. 使用顯式實(shí)例化

cout<< Add(a1,d1)<< endl;
	cout<< Add(a1,d1)<< endl;

? 3.? 創(chuàng)建兩個(gè)模板

templateT1 Add( const T1& left, const T2& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.15, d2 = 20.2;
	cout<< Add(a1, d1)<< endl;
	cout<< Add(a2, d2)<< endl;
    return 0；
}

注意：

T Add(const T& left, const T& right)

函數(shù)Add中形參的const不能丟，因?yàn)樵陔[式類型轉(zhuǎn)換時(shí)會生成一個(gè)臨時(shí)對象，這個(gè)臨時(shí)對象具有常性，就導(dǎo)致無法傳參，屬于權(quán)限的放大。

2.5 模板參數(shù)的匹配原則

1. 一個(gè)非模板函數(shù)可以和一個(gè)同名的函數(shù)模板同時(shí)存在，而且該函數(shù)模板還可以被實(shí)例化為這個(gè)非模板函數(shù)

// 專門處理int的加法函數(shù)
int Add(int left, int right)
{
 return left + right;
}
// 通用加法函數(shù)
templateT Add(T left, T right)
{
 return left + right;
}
void Test()
{
 Add(1, 2); // 與非模板函數(shù)匹配，編譯器不需要特化
 Add(1, 2); // 調(diào)用編譯器特化的Add版本
}

2. 對于非模板函數(shù)和同名函數(shù)模板，如果其他條件都相同，在調(diào)動(dòng)時(shí)會優(yōu)先調(diào)用非模板函數(shù)而不會從該模板產(chǎn)生出一個(gè)實(shí)例。如果模板可以產(chǎn)生一個(gè)具有更好匹配的函數(shù)， 那么將選擇模板。

// 專門處理int的加法函數(shù)
int Add(int left, int right)
{
 return left + right;
}
// 通用加法函數(shù)
templateT1 Add(T1 left, T2 right)
{
 return left + right;
}
void Test()
{
 Add(1, 2); // 與非函數(shù)模板類型完全匹配，不需要函數(shù)模板實(shí)例化
 Add(1, 2.0); // 模板函數(shù)可以生成更加匹配的版本，編譯器根據(jù)實(shí)參生成更加匹配的Add函
數(shù)
}

3. 模板函數(shù)不允許自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換，但普通函數(shù)可以進(jìn)行自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換

3. 類模板 3.1 類模板的定義格式

我們用棧來舉例：

//類模板
templateclass Stack
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
	{
		cout<< "Satck(int capacity = )"<< capacity<< endl;
		_a = (Type*)malloc(sizeof(Type) * capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		
	}
	
	void Push(const Type x)
	{
		//擴(kuò)容
		_a[_top++] = x;
	}
	~Stack()
	{
		cout<< "~Stack()"<< endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}
private:
	Type _a;
	int _top;
	int _capacity;
};
int main()
{
	//類模板一般沒有推演時(shí)機(jī)，函數(shù)模板實(shí)參傳遞形參，推演函數(shù)模板
	//顯示示例化
	Stackst1;//double
	st1.Push(1.1);
	Stackst2;//int
	st2.Push(1);
	return 0;
}
3.2 類模板的實(shí)例化

類模板實(shí)例化與函數(shù)模板實(shí)例化不同，類模板實(shí)例化需要在類模板名字后跟<>，然后將實(shí)例化的類型放在<>中即可，類模板名字不是真正的類，而實(shí)例化的結(jié)果才是真正的類。

Stack類名;Stack，Stack才是類型
Stackst1;
Stackst2;

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