在学习了内存管理之后,让我们进入到模板初阶这一部分的学习吧.
泛型编程
举一个在编程中常见的函数swap交换函数来作为引例了解泛型编程.在之前的编程中一个交换函数要写好几种才能应对不同类型的交换场景.即使有函数重载也显得很烦.如下是一部分交换函数.
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;
}
void Swap(char& left, char& right)
{
char temp = left;
left = right;
right = temp;
}
既然一个swap函数都要这么麻烦,那能否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呢?
刚好在C++中，够存在这样一个模具.那就是泛型编程.
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.模板又分为函数模板和类模板.
函数模板
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。
函数模板格式
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}
template<typename T>
void Swap(T& a, T& b)
{T tmp = a;a = b;b = tmp;
}int main()
{int a = 0;int b = 1;float c = 1.1;float d = 2.2;cout << a << " " << b << endl;cout << c << " " << d << endl;Swap(a, b);Swap(c, d);cout << a << " " << b << endl;cout << c << " " << d << endl;return 0;
}注意：typename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代替 class)
函数模板的原理
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. 所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器.
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：当用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，然后产生一份专门处理double类型的代码.
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.
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<typename T>
T Add(T a, T b)
{return a + b;
}int main()
{int a = 1;int b = 2;double c = 1.1;double d = 2.2;//这里就不能用T这个类型了,要用对应的类型来接返回值int n = Add(a, b);double m = Add(c, d);cout << n << " " << m << endl;return 0;
}template<typename T>
T Add(T a, T b)
{return a + b;
}int main()
{int a = 1;double c = 1.1;//下面就不能正常使用模板了//在定义模板时两个参数是同一种类型的,所以在下面传入不同类型的参数模板不知道该如何实例化,所以报错//int n = Add(a, c);Add(a, (int)d);return 0;
}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.
所以一旦出现上面那种报错情况,有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化(见上面代码). 2. 使用显式实例化.
显式实例化
在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型.不让编译器推演参数.
template<typename T>
T Add(T a, T b)
{return a + b;
}int main()
{int a = 1;double c = 1.1;//把T类型定义为int类int n = Add<int>(a, c);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.
模板参数的匹配原则
在介绍这里之前,先说下上面的如果不把模版中两个参数设置为同一种也可以解决问题.但是这时返回值该取哪一个类型呢?这时候我们之前了解的auto推算类型就派上用场了.我们可以直接把返回值设为auto让其自动推算.所以上面的代码就可以改造为下面这样.
template<typename T1, typename T2>
auto Add(T1 a, T2 b)
{return a + b;
}int main()
{int a = 1;int b = 2;double c = 1.1;double d = 2.2;auto t = Add(a, b);auto m = Add(c, d);auto n = Add(a, c);cout << t << " " << m << " " << n << endl;return 0;
}下面我们就来看看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.
template<typename T>
T Add(T a, T b)
{cout << "T Add(T a, T b)" << endl;return a + b;
}int Add(int a, int b)
{cout << "int Add(int a, int b)" << endl;return a + b;
}int main()
{int a = 1;int b = 2;double c = 1.1;double d = 2.2;int n = Add(a, b);int m = Add<int>(a, b); //编译器指定模板为intcout << m << " " << n << endl;return 0;
}输出结果
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.(如上面的第一次调用int加法).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.
template<typename T>
T Add(T a, T b)
{cout << "T Add(T a, T b)" << endl;return a + b;
}template<typename T1, typename T2>
auto Add(T1 a, T2 b)
{cout << "auto Add(T1 a, T2 b)" << endl;return a + b;
}int Add(int a, int b)
{cout << "int Add(int a, int b)" << endl;return a + b;
}int main()
{int a = 1;int b = 2;double c = 1.1;double d = 2.2;int n = Add(a, b);double m = Add(c, d);auto t1 = Add(a, c);auto t2 = Add(a, (int)c);auto t3 = Add((double)a, c);//cout << m << " " << n << " " << t << endl;return 0;
}输出结果:
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.
类模板
类模板的定义格式
template<class T1, class T2, ..., class T>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};
其实现实中模板函数的的运用并没有模板类多,那在什么时候要用模板类呢?在C语言中一个数据结构中只能存同一类的元素.如果想用同一个数据结构产生两个不同类型的栈,那么在C语言中只能实现两个栈.可是两个栈中的方法都是相同的,这就让我们想到了模板.
简单的模板类可以看下面代码.模板不建议声明和定义分离在不同文件中.在同一文件中分离时要像下面代码一样写明模板,要不然编译器在定义自中无法识别T.
// 类模版
template<class T>
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 4){_array = new T[capacity];_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(const T& data);
private:T* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};
//
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{// 扩容_array[_size] = data;++_size;
}int main()
{Stack<int> st1;Stack<double> st2;return 0;
}以上就是模板初识,以后还会更加深入的了解模板.今天的学习就到此结束啦.大家晚安!~