C++模板template用法小結(jié)(推薦)

更新時(shí)間：2020年03月19日 10:12:16 作者：楊小平

這篇文章主要介紹了C++模板template用法總結(jié) ，本文通過實(shí)例代碼給大家介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友可以參考下

引言

模板（Template）指C++程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)語言中采用類型作為參數(shù)的程序設(shè)計(jì)，支持通用程序設(shè)計(jì)。C++ 的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)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(huì)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(gè)時(shí)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(shí)例化呢，模板的實(shí)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(huì)出錯(cuò)，這個(gè)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(gè)簡(jiǎn)單的棧的類，這個(gè)?？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(gè)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(gè)簡(jiǎn)單的棧模板，再根據(jù)需要實(shí)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(gè)類模板--棧，這個(gè)棧很簡(jiǎn)單，只是為了說明類模板如何使用而已，最多只能支持100個(gè)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(gè)限制，就是最多只能支持100個(gè)元素，我們可以使用模板參數(shù)配置這個(gè)棧的最大元素?cái)?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(shí)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?yàn)橹皇潜４鎐har指針，char指針指向的內(nèi)存有可能會(huì)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(shí)，如果容器保存的對(duì)象很大，會(huì)占用大量?jī)?nèi)存，性能下降，因?yàn)橐a(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)的大對(duì)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(gè)情況，我們有兩個(gè)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?jī)?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(gè)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(gè)專門化,描述時(shí)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(qǐng)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(gè)int類型的參數(shù)
 cout << c2.equal(str1, str2) << endl; //比較兩個(gè)char *類型的參數(shù)
 return 0;
 }

在比較兩個(gè)整數(shù)，compare的equal方法是正確的，但是compare的模板參數(shù)是char*時(shí)，這個(gè)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:

這里是無法

//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;
}

編譯的，因?yàn)?code>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(yùn)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(dòng)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(huì)報(bào)錯(cuò)。

其他

一個(gè)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;
}

總結(jié)

到此這篇關(guān)于C++模板template用法總結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++模板template用法內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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