?C++模板template原理解析
前言
在學習模板之前我們首先要了解泛型編程。泛型編程是一種編程風格，其中算法以盡可能抽象的方式編寫，而不依賴于將在其上執(zhí)行這些算法的數(shù)據(jù)形式。泛型編程只編寫與類型無關的通用代碼，是代碼復用的一種手段。本節(jié)學習的模板是泛型編程的基礎。
模板分為：函數(shù)模板和類模板
1. 函數(shù)模板
1.1函數(shù)模板的概念
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。
1.2函數(shù)模板的格式
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值類型函數(shù)名(參數(shù)列表){}
//函數(shù)模板
void Swap(T& left, T& right)
{
T tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}其中typename是用來定義模板參數(shù)的關鍵字，也可以使用class.(但是不能使用struct代替class).
1.3 函數(shù)模板的原理
函數(shù)模板是一個藍圖，其本身并不是函數(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。
我們以Swap()交換函數(shù)來進行舉例。如何實現(xiàn)一個通用的交換函數(shù)呢？
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;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 1;
double c = 2.2;
double d = 3.3;
Swap(a, b);
Swap(c, d);
return 0;
}在這段代碼中，我們使用到了函數(shù)重載，但是仍然有幾個不好的地方：
- 1、重載的函數(shù)僅僅是類型不同，代碼復用率比較低，只要有新的類型出現(xiàn)時，就需要我們自己新增對應的函數(shù)。
- 2、代碼的可維護行比較低，一個出錯可能所有的重載均出錯。
因此，介于上面可能發(fā)生的問題，C++便使用函數(shù)模板來解決這個問題。
根據(jù)上面的模板結(jié)構，Swap()函數(shù)用模板的方法來寫如下所示：
//Swap()函數(shù)
//template<typename T>
template<class T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}我們使用模板解決了以上兩個問題。其中，編譯器對特定具體類型的函數(shù)會調(diào)用相對應類型的Swap函數(shù)。
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(diào)用。
比如：當用int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int類型，然后產(chǎn)生一份專門處理int類型的代碼，對于其他類型也是如此
1.4 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，成為函數(shù)模板的實例化。模板參數(shù)實例化分為：隱式實例化和顯式實例化。
1.4.1 隱式實例化
隱式實例化是讓編譯器根據(jù)實參推演模板參數(shù)的實際類型。
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 20.0, d2 = 10.0;
Add(a1, a2);
Add(d1, d2);
return 0;
}其中Add(a1,a2)和Add(d1,d2)就是隱式實例化。編譯器會根據(jù)實參推演模板參數(shù)的實際類型。
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10;
double d1 = 20.0;
Add(a1, d1);
return 0;
}注意：上述代碼是不能通過編譯的，因為在編譯期間，當編譯器看到該實例化時，需要推演其實參類型來確定模板參數(shù)的具體類型，但是通過實參a1將T推演為int，通過實參d1將T推演為double，由于模板參數(shù)列表中只有一個T，因此編譯器無法確定到底該將T確定為int或者是double類型，從而會報錯。（在模板中，編譯器一般不會進行類型轉(zhuǎn)換的操作）
此時可以用兩種處理方式：
- 1、用戶自己來強制轉(zhuǎn)換
- 2、使用顯式實例化
int main()
{
int a1 = 10;
double d1 = 20.0;
Add(a1, (int)d1);//用戶自己來強制轉(zhuǎn)換
return 0;
}1.4.2 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<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10;
double d1 = 20.0;
Add<int>(a1, d1);//顯示實例化成int
Add<double>(a1, d1);//顯示實例化成double
return 0;
}如果類型不匹配，編譯器會嘗試進行隱式類型轉(zhuǎn)換，如果無法轉(zhuǎn)換成功編譯器將會報錯。
1.5 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)。
// 專門處理int的加法函數(shù)
int Add(int left, int right) {
return left + right;
}
// 通用加法函數(shù)
template<class T> T Add(T left, T right) {
return left + right;
}
int main()
{
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
return 0;
}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(diào)動時會優(yōu)先調(diào)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
// 專門處理int的加法函數(shù)
int Add(int left, int right) {
return left + right;
}
// 通用加法函數(shù)
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right) {
return left + right;
}
int main()
{
//與非函數(shù)模板類型完全匹配，不需要函數(shù)模板實例化
Add(1, 2);
//模板函數(shù)可以生成更加匹配的版本
//編譯器根據(jù)實參生成更加匹配的Add函數(shù)
Add(1, 2.0);
return 0;
}3. 模板函數(shù)不允許自動類型轉(zhuǎn)換，但普通函數(shù)可以進行自動類型轉(zhuǎn)換
2. 類模板
2.1 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
};// 動態(tài)順序表
// 注意：Vector不是具體的類，是編譯器根據(jù)被實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)放在類外進行定義時，需要加模板參數(shù)列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
if (_pData)
delete[] _pData;
_size = _capacity = 0;
}2.2 類模板的實例化
類模板實例化與函數(shù)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(jié)果才是真正的類。
// Vector類名，Vector<int>才是類型 Vector<int> s1; Vector<double> s2;
到此這篇關于 C++模板template原理的文章就介紹到這了,更多相關 C++模板template內(nèi)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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