C++之模版初阶

前言

我们知道，通过模具，我们可以做出形状图案不同的月饼，使得我们的生产效率大大提升。那么在C++中，也存在这样的“模具”---->模版。今天，随着博主的步伐，我们一起来感受一下模版的魅力吧~

泛型编程

相信学过C语言的同学对这个词并不陌生，那么今天，我们就对其进行进一步的讲解~跟紧步伐--Let's go!

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。

如实现栈与队列中的typedef xx DateType;仅需修改一个类型名就能实现全项目的替换

首先我们来思考一个问题----如何实现一个通用的交换函数？

放在以前，相信大家一定会想到如下代码。

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;
}

使用函数重载虽然可以实现，但是有着明显的缺点：

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. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

那么是否还有更好的方法呢？这就不得不提到今天的主角----模版

先来直观感受一下生活中的模具

函数模版

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。

格式

此处我们直接通过代码来理解

（template是模版的规定格式）

//下面<>内的typename也可写成class
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

**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)

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。

如下图

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，对于字符类型也是如此。

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。

下面我们就这两种不同的实例化方式做一个了解

隐式实例化

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);
 */
	Add(a, (int)d);
	return 0;
}

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

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

如下：

int main(void)
{
 int a = 10;
 double b = 20.0;
 
 // 显式实例化
 Add<int>(a, b);
 return 0;
}

值得一提的是，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。

模版参数的匹配原则

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

// 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
}

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

// 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
}

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

类模版

定义格式

由于文字描述的不直观性，我们直接通过代码来理解：

//模版参数可以有多个，如：
//template<class T1,class T2 …，class Tn>
template <class T>
class Stack
{
//类内成员定义
public:
	Stack(size_t capacity = 3);

	void push(const T& date)
	{
		_arr[_top] = date;
		_top++;
	}
	~Stack()
	{
		if (_arr)
		{
			free(_arr);
			_arr = NULL;
			_capacity = 0;
			_top = 0;
		}
		
	}
private:
	T* _arr;
	int _capacity;
	int _top;
};

// 注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template<class T1>//该模版参数列表作用域为对应的函数作用域
Stack<T>::Stack(size_t capacity = 3)
{
    _arr = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_top = 0;
}

int main()
{
	Stack <int> s1;
	Stack <double> s1;
	return 0;
}

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。

小结

以上便是本期的全部内容，不知你对泛型编程，函数模版，类模板是否有了一定的理解。如果你喜欢我的作品，还请多多支持哦~

前言