C++初阶 -- 泛型编程(函数模板、类模板)入门
目录
一、泛型编程
1.1 介绍
二、函数模板
2.1 函数模板的概念
2.2 函数模板的格式
2.3 函数模板的原理
2.4 函数模板的实例化
2.4.1 隐式实例化
2.4.2 显式实例化
2.5 模板参数的匹配原则
三、类模板
3.1 类模板的使用格式
3.2 类模板的实例化
一、泛型编程
在有了引用传参后，简化了使用指针的步骤。但是面对多组不同类型的参数，多次的函数重载也会觉得很麻烦！！！
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，但是有一下几个不好的地方：
- 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
- 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错
所以有没有一个模板，编译器只需要根据不同的数据类型将对应的类型放入模板中就可以生成对应的代码呢？就类似于下图的操作
1.1 介绍
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。
二、函数模板
2.1 函数模板的概念
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。
2.2 函数模板的格式
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn> // 一个或多个参数
返回值类型 函数名(参数列表)
{
// 函数体
}
单模板参数函数模板
// 函数模板
// 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)
template<typename T> // 类型名T也可以取别的名字，但建议取有意义的名字
void Swap(T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
多模板参数函数模板
// 模板参数语法 很类似函数参数，函数参数定义的形参对象，模板参数定义的是类型
// 在函数模板中也可以包含函数参数
template<class X, class Y>
void func(const X& x, const Y& y)
{
cout << x << y << endl;
}2.3 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，对于字符类型也是如此。
2.4 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
2.4.1 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。
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a = 1, b = 9;
double c = 2.1, d = 1.2;
Add(a, b);
Add(c, d);
Add(a, c); // 猜猜这个的运行结果是什么样呢？
return 0;
}Add(a, c)这个函数在编译阶段编译器就会报错。
为什么会报错呢？
原因就是实参a和c是不同类型的参数，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型通过实参a将T推演为int，通过实参c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。
那该如何处理类型推演不同这个问题hanmu在实参传参的过程中，将实参强转成一致的数据类型(隐式实例化函数模板和显式实例化函数模板)
隐式实例化函数模板
// 隐式实例化
Add(a, b);
Add(c, d);
Add(a, (int)c);
Add((double)a, c);显式实例化函数模板
2.4.2 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
1、解决类型推演不同的问题
// 显式实例化
Add<int>(a, c);
Add<double>(a, c);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。
2、函数模板参数列表与这个函数模板不相关
template<class T>
T* f(int n)
{
T* p = new T[n];
return p;
}
int main()
{
// 函数模板显式实例化
int* a = f<int>(10);
return 0;
}2.5 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
// 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
// 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
}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
三、类模板
3.1 类模板的使用格式
template<class T1, class T2, ..., class Tn> // 一个或多个类模板参数
class 类模板名
{
// 类内成员定义}
template<class T>
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
{
cout << "Stack(int capacity = 4)" << endl;
_a = new T[capacity];
_top = 0;
_capacity = capacity;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
delete[] _a;
_a = nullptr;
_top = 0;
_capacity = 0;
}
private:
T* _a;
int _top;
int _capacity;
};
3.2 类模板的实例化
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。
// Vector类名，Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;