C++ Template應(yīng)用詳解
引言
模板（Template）指C++程序設(shè)計設(shè)計語言中采用類型作為參數(shù)的程序設(shè)計，支持通用程序設(shè)計。C++ 的標(biāo)準(zhǔn)庫提供許多有用的函數(shù)大多結(jié)合了模板的觀念，如STL以及IO Stream。
函數(shù)模板
在c++入門中，很多人會接觸swap(int&, int&)這樣的函數(shù)類似代碼如下:
void swap(int&a , int& b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
但是如果是要支持long,string,自定義class的swap函數(shù),代碼和上述代碼差不多，只是類型不同，這個時候就是我們定義swap的函數(shù)模板,就可以復(fù)用不同類型的swap函數(shù)代碼，函數(shù)模板的聲明形式如下:
template <class identifier> function_declaration; template <typename identifier> function_declaration;
swap函數(shù)模板的聲明和定義代碼如下:
//method.h template<typename T> void swap(T& t1, T& t2); #include "method.cpp"
//method.cpp
template<typename T> void swap(T& t1, T& t2) {
T tmpT;
tmpT = t1;
t1 = t2;
t2 = tmpT;
}
上述是模板的聲明和定義了，那模板如何實例化呢，模板的實例化是編譯器做的事情，與程序員無關(guān)，那么上述模板如何使用呢，代碼如下:
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "method.h"
int main() {
//模板方法
int num1 = 1, num2 = 2;
swap<int>(num1, num2);
printf("num1:%d, num2:%d\n", num1, num2);
return 0;
}
這里使用swap函數(shù)，必須包含swap的定義，否則編譯會出錯，這個和一般的函數(shù)使用不一樣。所以必須在method.h文件的最后一行加入#include "method.cpp"。
類模板
考慮我們寫一個簡單的棧的類，這個?？梢灾С謎nt類型，long類型，string類型等等，不利用類模板，我們就要寫三個以上的stack類，其中代碼基本一樣，通過類模板，我們可以定義一個簡單的棧模板，再根據(jù)需要實例化為int棧，long棧，string棧。
//statck.h
template <class T> class Stack {
public:
Stack();
~Stack();
void push(T t);
T pop();
bool isEmpty();
private:
T *m_pT;
int m_maxSize;
int m_size;
};
#include "stack.cpp"
//stack.cpp
template <class T> Stack<T>::Stack(){
m_maxSize = 100;
m_size = 0;
m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T> Stack<T>::~Stack() {
delete [] m_pT ;
}
template <class T> void Stack<T>::push(T t) {
m_size++;
m_pT[m_size - 1] = t;
}
template <class T> T Stack<T>::pop() {
T t = m_pT[m_size - 1];
m_size--;
return t;
}
template <class T> bool Stack<T>::isEmpty() {
return m_size == 0;
}
上述定義了一個類模板--棧，這個棧很簡單，只是為了說明類模板如何使用而已，最多只能支持100個元素入棧，使用示例如下:
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
int main() {
Stack<int> intStack;
intStack.push(1);
intStack.push(2);
intStack.push(3);
while (!intStack.isEmpty()) {
printf("num:%d\n", intStack.pop());
}
return 0;
}
模板參數(shù)
模板可以有類型參數(shù)，也可以有常規(guī)的類型參數(shù)int，也可以有默認(rèn)模板參數(shù)，例如
template<class T, T def_val> class Stack{...}
上述類模板的棧有一個限制，就是最多只能支持100個元素，我們可以使用模板參數(shù)配置這個棧的最大元素數(shù),如果不配置，就設(shè)置默認(rèn)最大值為100，代碼如下:
//statck.h
template <class T,int maxsize = 100> class Stack {
public:
Stack();
~Stack();
void push(T t);
T pop();
bool isEmpty();
private:
T *m_pT;
int m_maxSize;
int m_size;
};
#include "stack.cpp"
//stack.cpp
template <class T,int maxsize> Stack<T, maxsize>::Stack(){
m_maxSize = maxsize;
m_size = 0;
m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T,int maxsize> Stack<T, maxsize>::~Stack() {
delete [] m_pT ;
}
template <class T,int maxsize> void Stack<T, maxsize>::push(T t) {
m_size++;
m_pT[m_size - 1] = t;
}
template <class T,int maxsize> T Stack<T, maxsize>::pop() {
T t = m_pT[m_size - 1];
m_size--;
return t;
}
template <class T,int maxsize> bool Stack<T, maxsize>::isEmpty() {
return m_size == 0;
}
使用示例如下:
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
int main() {
int maxsize = 1024;
Stack<int,1024> intStack;
for (int i = 0; i < maxsize; i++) {
intStack.push(i);
}
while (!intStack.isEmpty()) {
printf("num:%d\n", intStack.pop());
}
return 0;
}
模板專門化
當(dāng)我們要定義模板的不同實現(xiàn)，我們可以使用模板的專門化。例如我們定義的stack類模板，如果是char*類型的棧，我們希望可以復(fù)制char的所有數(shù)據(jù)到stack類中，因為只是保存char指針，char指針指向的內(nèi)存有可能會失效，stack彈出的堆棧元素char指針，指向的內(nèi)存可能已經(jīng)無效了。還有我們定義的swap函數(shù)模板，在vector或者list等容器類型時，如果容器保存的對象很大，會占用大量內(nèi)存，性能下降，因為要產(chǎn)生一個臨時的大對象保存a，這些都需要模板的專門化才能解決。
函數(shù)模板專門化
假設(shè)我們swap函數(shù)要處理一個情況，我們有兩個很多元素的vector<int>,在使用原來的swap函數(shù)，執(zhí)行tmpT = t1要拷貝t1的全部元素，占用大量內(nèi)存，造成性能下降，于是我們系統(tǒng)通過vector.swap函數(shù)解決這個問題,代碼如下:
//method.h template<class T> void swap(T& t1, T& t2); #include "method.cpp"
#include <vector>
using namespace std;
template<class T> void swap(T& t1, T& t2) {
T tmpT;
tmpT = t1;
t1 = t2;
t2 = tmpT;
}
template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) {
t1.swap(t2);
}
template<>前綴表示這是一個專門化,描述時不用模板參數(shù)，使用示例如下:
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include <vector>
#include <string>
#include "method.h"
int main() {
using namespace std;
//模板方法
string str1 = "1", str2 = "2";
swap(str1, str2);
printf("str1:%s, str2:%s\n", str1.c_str(), str2.c_str());
vector<int> v1, v2;
v1.push_back(1);
v2.push_back(2);
swap(v1, v2);
for (int i = 0; i < v1.size(); i++) {
printf("v1[%d]:%d\n", i, v1[i]);
}
for (int i = 0; i < v2.size(); i++) {
printf("v2[%d]:%d\n", i, v2[i]);
}
return 0;
}
vector<int>的swap代碼還是比較局限，如果要用模板專門化解決所有vector的swap，該如何做呢，只需要把下面代碼
template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) {
t1.swap(t2);
}
改為
template<class V> void swap(std::vector<V>& t1, std::vector<V>& t2) {
t1.swap(t2);
}
就可以了，其他代碼不變。
類模板專門化
請看下面compare代碼:
//compare.h
template <class T>
class compare
{
public:
bool equal(T t1, T t2)
{
return t1 == t2;
}
};
#include <iostream>
#include "compare.h"
int main()
{
using namespace std;
char str1[] = "Hello";
char str2[] = "Hello";
compare<int> c1;
compare<char *> c2;
cout << c1.equal(1, 1) << endl; //比較兩個int類型的參數(shù)
cout << c2.equal(str1, str2) << endl; //比較兩個char *類型的參數(shù)
return 0;
}
在比較兩個整數(shù)，compare的equal方法是正確的，但是compare的模板參數(shù)是char*時，這個模板就不能工作了，于是修改如下:
//compare.h
#include <string.h>
template <class T>
class compare
{
public:
bool equal(T t1, T t2)
{
return t1 == t2;
}
};
template<>class compare<char *>
{
public:
bool equal(char* t1, char* t2)
{
return strcmp(t1, t2) == 0;
}
};
main.cpp文件不變，此代碼可以正常工作。
模板類型轉(zhuǎn)換
還記得我們自定義的Stack模板嗎，在我們的程序中，假設(shè)我們定義了Shape和Circle類，代碼如下:
//shape.h
class Shape {
};
class Circle : public Shape {
};
然后我們希望可以這么使用:
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
#include "shape.h"
int main() {
Stack<Circle*> pcircleStack;
Stack<Shape*> pshapeStack;
pcircleStack.push(new Circle);
pshapeStack = pcircleStack;
return 0;
}
這里是無法編譯的，因為Stack<Shape*>不是Stack<Circle*>的父類，然而我們卻希望代碼可以這么工作，那我們就要定義轉(zhuǎn)換運算符了，Stack代碼如下:
//statck.h
template <class T> class Stack {
public:
Stack();
~Stack();
void push(T t);
T pop();
bool isEmpty();
template<class T2> operator Stack<T2>();
private:
T *m_pT;
int m_maxSize;
int m_size;
};
#include "stack.cpp"
template <class T> Stack<T>::Stack(){
m_maxSize = 100;
m_size = 0;
m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T> Stack<T>::~Stack() {
delete [] m_pT ;
}
template <class T> void Stack<T>::push(T t) {
m_size++;
m_pT[m_size - 1] = t;
}
template <class T> T Stack<T>::pop() {
T t = m_pT[m_size - 1];
m_size--;
return t;
}
template <class T> bool Stack<T>::isEmpty() {
return m_size == 0;
}
template <class T> template <class T2> Stack<T>::operator Stack<T2>() {
Stack<T2> StackT2;
for (int i = 0; i < m_size; i++) {
StackT2.push((T2)m_pT[m_size - 1]);
}
return StackT2;
}
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
#include "shape.h"
int main() {
Stack<Circle*> pcircleStack;
Stack<Shape*> pshapeStack;
pcircleStack.push(new Circle);
pshapeStack = pcircleStack;
return 0;
}
這樣，Stack<Circle>或者Stack<Circle*>就可以自動轉(zhuǎn)換為Stack<Shape>或者Stack<Shape*>,如果轉(zhuǎn)換的類型是Stack<int>到Stack<Shape>，編譯器會報錯。
其他
一個類沒有模板參數(shù)，但是成員函數(shù)有模板參數(shù)，是可行的，代碼如下:
class Util {
public:
template <class T> bool equal(T t1, T t2) {
return t1 == t2;
}
};
int main() {
Util util;
int a = 1, b = 2;
util.equal<int>(1, 2);
return 0;
}
甚至可以把Util的equal聲明為static,代碼如下:
class Util {
public:
template <class T> static bool equal(T t1, T t2) {
return t1 == t2;
}
};
int main() {
int a = 1, b = 2;
Util::equal<int>(1, 2);
return 0;
}
以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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