1.泛型編程

如何實現(xiàn)一個通用的交換函數(shù)？

這點函數(shù)重載可以做到，比如一下Swap函數(shù)的重載，分別重載了倆種不同參數(shù)類型的Swap

void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
void Swap(char& x, char& y)
{
	char tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

但是這也帶來了幾點不好的地方：

1.重載的函數(shù)僅僅是類型不同，代碼的復用率比較低，只要有新類型出現(xiàn)，就需要增加對應的函數(shù)

2.代碼的可維護性比較低，一個出錯可能所有的重載均出錯

那么有什么好的解決方法嗎？我們能否告訴編譯器一個模子，讓編譯器根據(jù)不同類型利用該模子自己去生成相應的代碼呢？

當然能，這就是泛型編程，即編寫與類型無關的通用代碼，這是代碼復用的一種手段。而模板是泛型編程的基礎。模板分為兩種，函數(shù)模板和類模板。

2.函數(shù)模板

概念

函數(shù)模板代表了一個函數(shù)家族，該函數(shù)模板與類型無關，在使用時被參數(shù)化，根據(jù)實參類型產(chǎn)生函數(shù)的特定類型版本。

函數(shù)模板的格式

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

即：返回值類型 函數(shù)名(參數(shù)列表){}

其中typename可以改成class（不能用struct）

例：

template <typename T>
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

函數(shù)模板的原理

函數(shù)模板是一個藍圖，它本身并不是函數(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。所以其實模板就是將本來應該我們做的重復的事情交給了編譯器。

在編譯器編譯階段，對于模板函數(shù)的使用，編譯器需要根據(jù)傳入的實參類型來推演生成對應類型的函數(shù)以供調用。比如：當用double類型使用函數(shù)模板時，編譯器通過對實參類型的推演，將T確定為double類型，然后產(chǎn)生一份專門處理double類型的代碼，對于字符類型也是如此。

函數(shù)模板的實例化

用不同類型的參數(shù)使用函數(shù)模板時，稱為函數(shù)模板的實例化。模板參數(shù)的實例化分為兩種：隱式實例化和顯式實例化。

隱式實例化

讓編譯器自己推演函數(shù)參數(shù)的類型。

需要注意的是隱式實例化的參數(shù)一定要匹配，否則可能產(chǎn)生分歧導致編譯器無法識別。比如：

template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, b1 = 20;
	double a2 = 10.0, b2 = 20.0;
	Add(a1, b2);
	return 0;
}

編譯器報錯，該語句不能通過編譯,因為無法確定T是int還是double。

如何處理？有兩種方式：

1.強制類型轉換！但值得注意的是，強轉會產(chǎn)生臨時變量，臨時變量是具有常性的，需要const修飾一下！

2.使用顯式實例化

顯式實例化

在函數(shù)名后的< >中指定模板參數(shù)的實際類型。

template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, b1 = 20;
	double a2 = 10.0, b2 = 20.0;
	cout<<Add<int>(a1, b2)<<endl;
	return 0;
}

模板參數(shù)的匹配原則

1.一個非模板函數(shù)可以和一個同名的函數(shù)模板同時存在，而且該函數(shù)模板還可以被實例化為這個非模板函數(shù)。

2.對于非模板函數(shù)和同名函數(shù)模板，如果其他條件都相同，在調動時會優(yōu)先調用非模板函數(shù)而不會從該模板產(chǎn)生出一個實例。如果模板可以產(chǎn)生一個具有更好匹配的函數(shù)， 那么將選擇模板

3.模板函數(shù)不允許自動類型轉換，但普通函數(shù)可以進行自動類型轉換

• 如果有定義出來的函數(shù),且類型完全匹配調用時實參類型,則執(zhí)行定義出來的函數(shù).如果定義出來的函數(shù),不符合,則執(zhí)行模板推演.
• 這部分沒啥難度，不再舉例說明，總的來說，對于函數(shù)調用的優(yōu)先級就是：完全匹配 >模板匹配 >轉換匹配。

3.類模板

(1) 類模板的定義格式

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

注意：

類模板中函數(shù)放在類外進行定義時，需要加模板參數(shù)列表；

template <typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
		:_a(new T[capacity])
		,_top(0)
		,_capacity(capacity)
	{}
	~Stack()
	{
		delete[] _a;
		_top = _capacity = 0;
	}
	void Push(T x);
private:
	T* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};
// 注意：類模板中函數(shù)放在類外進行定義時，需要加模板參數(shù)列表
template <typename T>
void Stack<T>::Push(T x)
{
	if (_top == _capacity)
	{
		_capacity *= 2;
		T* tmp = (T*)realloc(_a, sizeof(int) * _capacity);
		if (tmp == nullptr)
		{
			cout << "realloc fail" << endl;
			exit(-1);
		}
		_a = tmp;
	}
	_a[_top++] = x;
}

對于普通類，類名就是類型；對于類模板，類名不是類型，類型是Class < T >

(2) 類模板的實例化

類模板實例化與函數(shù)模板實例化不同，類模板實例化需要在類模板名字后跟 < >，然后將實例化的類型放在<>中即可，類模板名字不是真正的類，而實例化的結果才是真正的類。

int main()
{
	// Stack只是類名，不是類型，Stack<int>才是類型
	Stack<int> s1;
	Stack<char> s2;
	return 0;
}

4.非類型模板參數(shù)

類型參數(shù)：就是在模板的參數(shù)列表中在class后面加上參數(shù)的類型名稱。

非類型參數(shù)：就是用一個常量作為類(函數(shù))模板的一個參數(shù)，在類(函數(shù))模板中可將該參數(shù)當成常量來使用。

注意兩點：

1.浮點數(shù)、類對象以及字符串是不允許作為非類型模板參數(shù)的。

2.非類型的模板參數(shù)必須在編譯期就能確認結果。

template<class T =int, size_t N = 10>
class array
	{
		 private:
	 	 T _array[N];
		 size_t _size;
	 }

5.模板特化

(1)函數(shù)模板的特化

當針對某一情景或者某一類型，函數(shù)模板無法滿足要求，模板需要有特殊的處理，這個時候就需要用到模板的特化。

比如咱們要比較兩個字符串是否相同：

template<class T>
bool IsEqual(T str1, T str2)
{
	return str1 == str2;
}
int main()
{
	char str1[] = "hello";
	char str2[] = "hello";
	if (IsEqual(str1, str2))
		cout << "true";
	else
		cout << "false";
}

上述代碼輸出false， 不滿足咱們的要求， 因為調用函數(shù)IsEqual()時傳遞過去的是兩個char*類型，他們兩個比較的不是字符串的內容，而是指針的地址，所以返回false。

此時模板特化派上用場了：如果要比較char*, 可以用strcmp來對這個情況進行特殊處理

template<>
bool IsEqual<char*>(char* str1, char* str2)
{
	return strcmp(str1, str2) == 0;
}

此時就返回true， 符合預期了。

函數(shù)模板的特化步驟：

• 必須要先有一個基礎的函數(shù)模板
• 關鍵字template后面接一對空的尖括號<>
• 函數(shù)名后跟一對尖括號，尖括號中指定需要特化的類型
• 函數(shù)形參表: 必須要和模板函數(shù)的基礎參數(shù)類型完全相同

(2)類模板的特化

類也是同理，如果需要有特殊情景也需要特化處理

以如下類舉例(后邊全特化、偏特化都針對它）：

template<class T1, class T2>
class test
{
public:
	test()
	{
		cout << "test<T1, T2>" << endl;
	}
private:
	T1 _x;
	T2 _y;
};

全特化

全特化即是將模板參數(shù)列表中所有的參數(shù)都確定化。

例如：

這里對test<int,double>版本特化

template<>
class test<int, double>
{
public:
	test()
	{
		cout << "test<int, double>" << endl;
	}
private:
	int _x;
	double _y;
};
int main()
{
	test<double, double> t1;
	test<int, double> t2;
}

偏特化

偏特化即是任何針對模版參數(shù)進一步進行條件限制設計的特化版本

偏特化有兩種表現(xiàn)方式，一種是部分參數(shù)特化，一種是參數(shù)修飾特化

部分參數(shù)特化

這里對第二個參數(shù)特化，只要第二個參數(shù)是double就會調用對應特化版本

template<class T1>
class test<T1, double>
{
public:
	test()
	{
		cout << "test<T1, double>" << endl;
	}
private:
	T1 _x;
	double _y;
};
int main()
{
	test<double, double> t1;
	test<int, double> t2;
}

參數(shù)修飾特化

比如用指針或者引用來修飾類型，也可以進行特化

template<class T1, class T2>
class test<T1*, T2*>
{
public:
	test()
	{
		cout << "test<T1*, T2*>" << endl;
	}
private:
	T1* _x;
	T2* _y;
};
int main()
{
	test<int*, double*> t;
}

6.模板的分離編譯

對于一個代碼量比較多的項目，通常都會采用聲明與定義分離的方法，比如在頭文件進行聲明，在源文件完成代碼的實現(xiàn)，最后通過鏈接的方法鏈接成單一的可執(zhí)行文件。但是C++的編譯器卻不支持模板的分離編譯，一旦進行分離編譯，就會出現(xiàn)鏈接錯誤。

問題分析

//頭文件a.h
template<class T>
bool IsEqual(const T& str1, const T& str2);
-------------
//源文件a.cpp
template<class T>
bool IsEqual(const T& str1, const T& str2)
{
	return str1 == str2;
}
--------------
//test.c
#include<iostream>
#include"a.h"
using namespace std;
int main()
{
	cout << IsEqual(3, 5);
	cout << IsEqual('a', 'b');
}

這里看上去是沒有問題的，但是涉及到了模板的實例化規(guī)則。

當主函數(shù)調用這個函數(shù)的時候他就會去頭文件中找到函數(shù)的聲明，再通過聲明找到a.h中的實現(xiàn)。

但是對于模板卻并不會這樣，因為上一章說過，模板的實例化只會在其第一次使用的時候才會進行，例如這里IsEqual(3, 5),他就會去頭文件中尋找，但是頭文件中只有聲明，沒有定義，無法將其實例化。他又想通過找到a.cpp中的函數(shù)定義來進行實例化，但是遺憾的是，a.cpp中只有IsEqual(const T& str1, const T& str2)的定義，沒有IsEqual(const int & str1, const int T& str2)，因為在a.cpp中并沒有使用到該類型的實例，所以自然也不會為其實例化出來，這時test.cpp中就根本無法找到這個函數(shù)的實現(xiàn)，就導致了鏈接失敗。

解決方法:

這個問題其實沒有什么完美的解決方法

• 將聲明和定義放到同一個頭文件中。
• 類模板顯式實例化。

到此這篇關于C++模板全方位深入解讀的文章就介紹到這了,更多相關C++模板內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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