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「C++」初识模板

news 2024/10/23 20:29:58

函数模板

概念：

使用方法：

同名函数与模板函数的选择

类模板

泛型编程

模板原理

模板实例化

后记

哈喽大家好啊~这里是小鸥的C++频道~

在上一篇我们了解了内存管理在C++中的相关内容，今天我们将简单的来学习一下C++中模板相关的内容。

本期专栏：C++_海盗猫鸥的博客-CSDN博客

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函数模板

概念：

模板顾名思义，函数模板就是一个与类型无关的代码块，在使用时，编译器将模板中的类型替换为需要的类型，从而使一个模板可以为多种类型的参数使用

使用方法：

template<typename/class 类型名1, typename/class 类型名2, ...>

//函数模板
//关键字：template
//使用方法：template<typename/class 类型名1, typename/class 类型名2, ...>
template<typename T>
void Swap(T& x1, T& x2)
{T tmp = x1;x1 = x2;x2 = tmp;
}
void func1(const T1& x1, const T2& x2)
{cout << x1 << "\t" << x2 << endl;
}//使用函数模板，可以将结构相同，参数类型不同的函数统一化，省去不必要的重复劳动
//这种编程方法，称为范型编程int main()
{int a = 1;int b = 2;Swap(a, b);cout << a << "\t" << b << endl;char c = 'A';char d = 'B';Swap(c, d);cout << c << '\t' << d << endl;func1(1, 2.2);//直接传常值作为参数，又因为func函数参数为引用，所以必须加const，因为临时变量具有常性return 0;
}

typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class

同名函数与模板函数的选择

1. 一个非模板函数可以和一个同名的模板函数同时存在，且模板函数也可以实例化出与该非模板函数相同的函数；

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参数具有更好匹配性的函数，那么将选择模板

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

//只用于int类型相加
int Add(int x1, int x2)
{return x1 + x2;
}template<class T>
//模板相加函数
T Add(const T& x1, const T& x2)
{return x1 + x2;
}template<class T1,class T2>
T1 Add(const T1& x1, const T2& x2)
{return x1 + x2;
}int main()
{Add(1, 2);//优先选择非模板函数Add<int>(1, 2);//选择模板函数Add(1, 2.0);//选择第二个模板函数return 0;
}

类模板

以栈部分为示例：

template<class T>
class Stack
{
public:Stack(int n = 4):_array(new T[n]),_size(0),_capacity(n){};~Stack(){delete[] _array;_array = nullptr;_size = _capacity = 0;}void Push(const T& x){//检测空间是否足够if (_size == _capacity){T* tmp = new T[_capacity * 2];memcpy(tmp, _array, sizeof(T) * _size);delete[] _array;_array = tmp;_capacity *= 2;}_array[_size++] = x;}//...此处省略~~~
private:T* _array;int _size;int _capacity;
};int main()
{//类模板只能显示实例化Stack<int> st1;st1.Push(1);st1.Push(1);st1.Push(1);Stack<double> st2;st2.Push(1.1);st2.Push(1.1);st2.Push(1.1);return 0;
}

由上述代码可知：

C++中的栈，就可以直接通过一个模板来实现，直接满足不同类型的栈的需求

C++中的扩容需要手动扩容。

注意（错误点）：

不改变参数时，添加const是一个好习惯

由上述模板内容我们可以引出一个新的概念：

泛型编程

在不使用模板时，虽然函数重载就可以解决部分如上述如Swap函数那样，需要多个相同功能的函数的相关问题，但终究还是需要多次重复的书写出相同的代码。

重载函数实现Swap的问题：

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

而我们使用模板后，就相当于有了一个模板，就像活字印刷术的发明一样，相同的东西不再需要我们重复的书写。

像模板这样通用的代码，我们称为泛型编程：

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。

模板原理

上述不论函数模板还是类模板，都只是为一个蓝图，就像造房子需要蓝图。但对于模板来说，“造房子”的过程是交给编译器来完成的，不再需要我们动手。

我们只需让编译器知道我们要的“房子”是什么类型的即可~

而要告诉编译器我们需要的类型，则有两种不同的方法：

模板实例化

由于模板只是一个“蓝图”，我们是不能直接使用的，就像类需要实例化为对象使用一样，模板也需要实例化为实际的函数或者类，才能进行进一步的使用。

而模板实例化的方法有两种：

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

就如上文Swap函数一样，由于Swap函数的参数中带有我们定义的类型T，所以在调用Swap时，编译器就可以自动推导出T的类型，从而实例化出我们需要的类型的函数。

template<class T>
void Swap(T& x1, T& x2)
{T tmp = x1;x1 = x2;x2 = tmp;
}
int main()
{int a = 1;int b = 2;//Swap<int>(a,b)Swap(a, b);char ch1 = 'A';char ch2 = 'B';Swap(ch1, ch2);double d1 = 1.1;double d2 = 2.2;Swap(d1, d2);return 0;
}

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

在上文类模板中我们就提及，类模板是不能通过第一种方法来进行实例化的，只能进行显示实例化

而显示实例化的方法就是在类或者函数名的后面紧跟一个<类型名>；

template<class T>
class Stack
{
public:Stack(int n = 4):_array(new T[n]),_size(0),_capacity(n){};~Stack(){delete[] _array;_array = nullptr;_size = _capacity = 0;}void Push(const T& x){//检测空间是否足够if (_size == _capacity){T* tmp = new T[_capacity * 2];memcpy(tmp, _array, sizeof(T) * _size);delete[] _array;_array = tmp;_capacity *= 2;}_array[_size++] = x;}//...
private:T* _array;int _size;int _capacity;
};int main()
{//类模板只能显示实例化Stack<int> st1;st1.Push(1);st1.Push(1);st1.Push(1);Stack<double> st2;st2.Push(1.1);st2.Push(1.1);st2.Push(1.1);Stack<int>* pst = new Stack<int>;//类模板只能显示实例化return 0;
}