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模板类详解

时间:2019-04-20 13:22:09

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模板类详解

现在有一个问题,要如何实现一个通用的交换函数呢?

之前学过的函数重载虽然说可以实现,但它有几个不好的地方:

1.重载的函数仅仅只是类型不同,代码的复用率比较低,只要有新类型出现时,就要增加相应的函数

2.代码的可维护性比较低,一个出错可能所以的重载均会出错

我们需要用一个通用的模具来实现不同类型的代码,就像生活中浇筑的过程一样,会有一个模具,通过给这个模具中填充不同的材料来获得不同材料的铸件。

一.泛型编程

即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。

模板分为函数模板和类模板。

二.函数模板

1.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.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;}

其中typename是用来定义模板参数关键字,也可以使用class不能使用struct代替class

3.原理

函数模板本身并不是函数,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我们该做的重复的事情交给了编译器。

在编译阶段,编译器会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。当用int类型使用模板函数时,编译器通过对实参类型的推演,将T确定为int类型,然后生成一份专门处理int类型的代码,对double类型、字符类型也是如此。

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。模板参数的实例化分为:隐式实例化和显式实例化

(1)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(const T& left,const T& right){return left + right;}int main(){int a1=10;double b1=10.0;//add(a1,b1);add(a1,(int)b1);//强制类型转换return 0;}

上述代码 add(a1,b1); 不能通过编译。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a1将T推演为int类型,通过b1将T推演为double类型,而模板参数列表中只有一个T,编译器无法确定此处的T到底是int类型还是double类型,所以不能通过编译。

要解决这个问题,有两种处理方式:1.进行强制类型转换(见上述代码) 2.使用显式实例化

(2)显式实例化:在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

int main(){int a=10;double b=10.0;add<int>(a,b);return 0;}

注:类型一定要匹配,不匹配的话,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。

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

int add(int a,int b){//专门处理int的加法函数return a+b;}template<class T>T add(T a,T b){//通用加法函数return a+b;}void main(){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,在调用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。

int add(int a,int b){//专门处理int的加法函数return a+b;}template<class T1,class T2>T1 add(T1 a,T2 b){//通用加法函数return a+b;}void main(){add(1,2);//与非模板函数匹配,不需要函数模板实例化add(1,2.0);//模板函数可以产生更加匹配的版本,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

1.定义格式

template<class T1,class T2,...,class Tn>class 类模板名{//类内成员定义};

实现动态顺序表Vector

Vector不是具体的类,是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具

template<class T>class Vector{public:Vector(size_t capacity=10):_pData(new T[capacity]),_size(0),_capacity(capacity){}//使用析构函数演示:在类中声明,在类外定义。~Vector();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: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 T>Vector<T>::~Vector(){if(_pData)delete[] _pData;_size = _capacity = 0;}

2.类模板的实例化

类模板的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<int> s1;Vector<double> s2;

Vector是类名,Vector才是类型

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