C++泛型編程基本概念詳解
1.什么是泛型編程?
比如說,我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)一個(gè)通用的交換函數(shù)呢?int型、double型、char型的交換
void Swap(int& left, int& right) { int temp = left; left = right; right = temp; } void Swap(double& left, double& right) { double temp = left; left = right; right = temp; } void Swap(char& left, char& right) { char temp = left; left = right; right = temp; } ......
雖然我們可以使用函數(shù)重載來實(shí)現(xiàn),但是有一下幾個(gè)不好的地方:
(1)重載的函數(shù)僅僅只是類型不同,代碼的復(fù)用率比較低,當(dāng)新類型出現(xiàn)時(shí),就需要增加對(duì)應(yīng)的函數(shù)。
(2)代碼的可維護(hù)性比較低,一個(gè)出錯(cuò)可能所有的重載均出錯(cuò)。
泛型編程:編寫與類型無關(guān)的通用代碼,是代碼復(fù)用的一種手段。
模板是泛型編程的基礎(chǔ)。包括函數(shù)模板和類模板。
前面我們介紹的vector,list,map都是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)容器,
容器本身的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)不同,各容器中存在的數(shù)據(jù)類型也可以不同。
但我們?cè)谠L問這些容器中數(shù)據(jù)時(shí),擁有相同的方式。
這種方式就叫做“泛型編程”,顧名思義,不同的類型采用相同的方式來操作。
2.函數(shù)模板
(1)函數(shù)模板概念
函數(shù)模板代表了一個(gè)函數(shù)家族,該函數(shù)模板與類型無關(guān),在使用時(shí)被參數(shù)化,根據(jù)實(shí)參類型產(chǎn)生函數(shù)的特定類型版本。
(2)函數(shù)模板格式
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn> 返回值類型 函數(shù)名(參數(shù)列表){} //typename是用來定義模板參數(shù)關(guān)鍵字,也可以使用class(切記:不能使用struct代替class)
template<typename T> void Swap(T& left , T& right) { T temp = left; left = right; right = temp; }
(3)函數(shù)模板的原理
函數(shù)模板是一個(gè)藍(lán)圖,它本身并不是函數(shù),是編譯器通過使用方式產(chǎn)生特定具體類型函數(shù)的模具。所以其實(shí)模板就是將本來應(yīng)該我們做的重復(fù)的事情交給了編譯器。
在編譯器編譯階段,對(duì)于函數(shù)模板的使用,編譯器需要根據(jù)傳入的實(shí)參類型來推演生成對(duì)應(yīng)類型的函數(shù)以供調(diào)用。比如:當(dāng)用double類型使用函數(shù)模板時(shí),編譯器通過對(duì)實(shí)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(duì)于字符類型也是如此。
(4)函數(shù)模板的實(shí)例化
用不同類型的參數(shù)使用函數(shù)模板時(shí),稱為函數(shù)模板的實(shí)例化。
模板參數(shù)實(shí)例化分為:隱式實(shí)例化和顯式實(shí)例化。
1)隱式實(shí)例化:讓編譯器根據(jù)實(shí)參推演模板參數(shù)的實(shí)際類型
template<class T> T Add(const T& left, const T& right) { return left + right; } int main() { int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.0, d2 = 20.0; Add(a1, a2); Add(d1, d2); /* Add(a1, d1); 該語句不能通過編譯,因?yàn)樵诰幾g期間,當(dāng)編譯器看到該實(shí)例化時(shí),需要推演其實(shí)參類型 通過實(shí)參a1將T推演為int,通過實(shí)參d1將T推演為double類型,但模板參數(shù)列表中只有一個(gè)T, 編譯器無法確定此處到底該將T確定為int 或者 double類型而報(bào)錯(cuò) 注意:在模板中,編譯器一般不會(huì)進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換操作,因?yàn)橐坏┺D(zhuǎn)化出問題,編譯器就需要背黑鍋 */ // 此時(shí)有兩種處理方式:1. 用戶自己來強(qiáng)制轉(zhuǎn)化 2. 使用顯式實(shí)例化 Add(a1, (int)d1); return 0; }
2)顯式實(shí)例化:在函數(shù)名后的<>中指定模板參數(shù)的實(shí)際類型
int main(void) { int a = 10; double b = 20.0; // 顯式實(shí)例化 Add<int>(a, b); return 0; //如果類型不匹配,編譯器會(huì)嘗試進(jìn)行隱式類型轉(zhuǎn)換,如果無法轉(zhuǎn)換成功編譯器將會(huì)報(bào)錯(cuò)。 }
(5)模板參數(shù)的匹配原則
1)一個(gè)非模板函數(shù)可以和一個(gè)同名的模板函數(shù)同時(shí)存在,而且該函數(shù)模板還可以被實(shí)例化為這個(gè)非模板函數(shù)。
int Add(int left, int right) // 專門處理int的加法函數(shù) { return left + right; } template<class T> // 通用加法函數(shù) T Add(T left, T right) { return left + right; } void Test() { Add(1, 2); // 與非模板函數(shù)匹配,編譯器不需要特化 Add<int>(1, 2); // 調(diào)用編譯器特化的Add版本 }
2)對(duì)于非模板函數(shù)和同名模板函數(shù),如果其他條件都相同,在調(diào)動(dòng)時(shí)會(huì)優(yōu)先調(diào)用非模板函數(shù)而不會(huì)從該模板產(chǎn)生出一個(gè)實(shí)例。如果模板可以產(chǎn)生一個(gè)具有更好匹配的函數(shù), 那么將選擇模板。
int Add(int left, int right) // 專門處理int的加法函數(shù) { return left + right; } template<class T1, class T2> // 通用加法函數(shù) T1 Add(T1 left, T2 right) { return left + right; } void Test() { Add(1, 2); // 與非函數(shù)模板類型完全匹配,不需要函數(shù)模板實(shí)例化 Add(1, 2.0); // 模板函數(shù)可以生成更加匹配的版本,編譯器根據(jù)實(shí)參生成更加匹配的Add函 數(shù) }
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(nèi)成員定義 };
// 動(dòng)態(tài)順序表 // 注意:Vector不是具體的類,是編譯器根據(jù)被實(shí)例化的類型生成具體類的模具 template<class T> class Vector { public : Vector(size_t capacity = 10) : _pData(new T[capacity]) , _size(0) , _capacity(capacity) {} // 使用析構(gòu)函數(shù)演示:在類中聲明,在類外定義。 ~Vector(); void PushBack(const T& data); void PopBack(); // ... 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:類模板中函數(shù)放在類外進(jìn)行定義時(shí),需要加模板參數(shù)列表 template <class T> Vector<T>::~Vector() { if(_pData) delete[] _pData; _size = _capacity = 0; }
(2)類模板的實(shí)例化
類模板實(shí)例化與函數(shù)模板實(shí)例化不同,類模板實(shí)例化需要在類模板名字后跟<>,然后將實(shí)例化的類型放在<>中即可,類模板名字不是真正的類,而實(shí)例化的結(jié)果才是真正的類。
// Vector類名,Vector<int>才是類型 Vector<int> s1; Vector<double> s2;
總結(jié)
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