前言

 在學(xué)習(xí)模板之前我們首先要了解泛型編程。泛型編程是一種編程風(fēng)格，其中算法以盡可能抽象的方式編寫，而不依賴于將在其上執(zhí)行這些算法的數(shù)據(jù)形式。泛型編程只編寫與類型無關(guān)的通用代碼，是代碼復(fù)用的一種手段。本節(jié)學(xué)習(xí)的模板是泛型編程的基礎(chǔ)。

模板分為：函數(shù)模板和類模板

1. 函數(shù)模板

1.1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。

1.2函數(shù)模板的格式

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

返回值類型函數(shù)名(參數(shù)列表){}

//函數(shù)模板
void Swap(T& left, T& right)
{
T tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}

其中typename是用來定義模板參數(shù)的關(guān)鍵字，也可以使用class.(但是不能使用struct代替class).

1.3 函數(shù)模板的原理

函數(shù)模板是一個(gè)藍(lán)圖，其本身并不是函數(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。

我們以Swap()交換函數(shù)來進(jìn)行舉例。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;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 1;
double c = 2.2;
double d = 3.3;
Swap(a, b);
Swap(c, d);
return 0;
}

在這段代碼中，我們使用到了函數(shù)重載，但是仍然有幾個(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，只要有新的類型出現(xiàn)時(shí)，就需要我們自己新增對(duì)應(yīng)的函數(shù)。
• 2、代碼的可維護(hù)行比較低，一個(gè)出錯(cuò)可能所有的重載均出錯(cuò)。

因此，介于上面可能發(fā)生的問題，C++便使用函數(shù)模板來解決這個(gè)問題。

根據(jù)上面的模板結(jié)構(gòu)，Swap()函數(shù)用模板的方法來寫如下所示：

//Swap()函數(shù)
//template<typename T>
template<class T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}

我們使用模板解決了以上兩個(gè)問題。其中，編譯器對(duì)特定具體類型的函數(shù)會(huì)調(diào)用相對(duì)應(yīng)類型的Swap函數(shù)。

在編譯器編譯階段，對(duì)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(duì)應(yīng)類型的函數(shù)以供調(diào)用。

比如：當(dāng)用int類型使用函數(shù)模板時(shí)，編譯器通過對(duì)實(shí)參類型的推演，將T確定為int類型，然后產(chǎn)生一份專門處理int類型的代碼，對(duì)于其他類型也是如此

1.4 函數(shù)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)，成為函數(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。

1.4.1 隱式實(shí)例化

隱式實(shí)例化是讓編譯器根據(jù)實(shí)參推演模板參數(shù)的實(shí)際類型。

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 20.0, d2 = 10.0;
Add(a1, a2);
Add(d1, d2);
return 0;
}

其中Add(a1,a2)和Add(d1,d2)就是隱式實(shí)例化。編譯器會(huì)根據(jù)實(shí)參推演模板參數(shù)的實(shí)際類型。 

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10;
double d1 = 20.0;
Add(a1, d1);
return 0;
}

注意：上述代碼是不能通過編譯的，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)參類型來確定模板參數(shù)的具體類型，但是通過實(shí)參a1將T推演為int，通過實(shí)參d1將T推演為double，由于模板參數(shù)列表中只有一個(gè)T，因此編譯器無法確定到底該將T確定為int或者是double類型，從而會(huì)報(bào)錯(cuò)。（在模板中，編譯器一般不會(huì)進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換的操作）

此時(shí)可以用兩種處理方式：

• 1、用戶自己來強(qiáng)制轉(zhuǎn)換
• 2、使用顯式實(shí)例化

int main()
{
int a1 = 10;
double d1 = 20.0;
Add(a1, (int)d1);//用戶自己來強(qiáng)制轉(zhuǎn)換
return 0;
}

1.4.2 顯式實(shí)例化

顯式實(shí)例化：在函數(shù)名后的<>中指定模板參數(shù)的實(shí)際類型。

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10;
double d1 = 20.0;
Add<int>(a1, d1);//顯示實(shí)例化成int
Add<double>(a1, d1);//顯示實(shí)例化成double
return 0;
}

如果類型不匹配，編譯器會(huì)嘗試進(jìn)行隱式類型轉(zhuǎn)換，如果無法轉(zhuǎn)換成功編譯器將會(huì)報(bào)錯(cuò)。

1.5 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)
template<class T> T Add(T left, T right) {
return left + right;
}
int main()
{
Add(1, 2); // 與非模板函數(shù)匹配，編譯器不需要特化
Add<int>(1, 2); // 調(diào)用編譯器特化的Add版本
return 0;
}

2.  對(duì)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(huì)優(yōu)先調(diào)用非模板函數(shù)而不會(huì)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)
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right) {
return left + right;
}
int main()
{
//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);
//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)
Add(1, 2.0);
return 0;
}

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

2. 類模板

2.1 類模板的定義格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 類模板名
{
// 類內(nèi)成員定義
};

// 動(dòng)態(tài)順序表
// 注意：Vector不是具體的類，是編譯器根據(jù)被實(shí)例化的類型生成具體類的模具
template<class T>
class Vector
{
public:
Vector(size_t capacity = 10)
: _pData(new T[capacity])
, _size(0)
, _capacity(capacity)
{}
// 使用析構(gòu)函數(shù)演示：在類中聲明，在類外定義。
~Vector();
void PushBack(const T& data);
void PopBack();
// ...
size_t Size() { return _size; }
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _pData[pos];
}
private:
T* _pData;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
// 注意：類模板中函數(shù)放在類外進(jìn)行定義時(shí)，需要加模板參數(shù)列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
if (_pData)
delete[] _pData;
_size = _capacity = 0;
}

2.2 類模板的實(shí)例化

類模板實(shí)例化與函數(shù)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。

// Vector類名，Vector<int>才是類型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

到此這篇關(guān)于 C++模板template原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān) C++模板template內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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