模板初阶学习

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⏳首发时间:2023年11月21日
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文章目录

  • 1 初识泛型编程
  • 2 函数模板
    • 2.1 概念
    • 2.2 原理
    • 2.3 函数模板的实例化
    • 2.4 模板参数的匹配原则
  • 3 类模板

1 初识泛型编程

我们之前学过一个交换的Swap函数,可以交换两个变量之间的值!但是我们后续在使用过程中就会发现,如果交换的两个变量的类型改变了,我们就必须要在写过一份!这样代码的复用率就太低了!那么我们在C++中为了解决这种代码复用率较低的问题。引用泛型编程这一概念!

泛型编程:编写一个与类型无关的通用代码!让编译器自己进行识别!这种是代码复用常见的手段!模板就是泛型编程的基础!

模板就可以简单理解为是通用的代码!以Swap函数为例:就是可以根据你传入的数据类型,编译器会生成对应类型的交换函数!模板可以分为:函数模板和类模板

2 函数模板

2.1 概念

函数模板的概念:函数模板代表了一个函数家族,该函数模板与类型无关,在使用时被参数化,根据实参类型产生函数的特定类型版本!

template<typename T,typename X……>
返回值类型 函数名(参数列表){}

template表示这是一个模板,typename关键字是用来定义模板参数的关键字!也可以使用class关键字。但是不能用struct来代替class关键字!则我们可以写出Swap函数的模板:

template<typename T>void Swap(T& x,T& y)
{T tmp = x;x = y;y = tmp;
}int main()
{int a = 10;int b = 20;Swap(a,b);char x = '0';char y = '9';Swap(x, y);return 0;
}

2.2 原理

看起来我们使用的是同一份代码,但实际上我们用的不是同一份代码!在编译器编译阶段,编译器会根据传入的实参类型来推演生成我们所需要类型的Swap函数,比如说我们传入的实参是int类型那么此时编译器就会将模板参数换成int,从而调用!

2.3 函数模板的实例化

函数模板的实例化分为隐式实例化和显式实例化

上面我们所写的关于Swap函数,自己传入实参,由编译器自己进行识别推演的,我们称为隐式实例化!下面我们来介绍一下什么是显式实例化:

在函数名后的<>中指定模板参数类型

我们先来看这样一段代码:

template <typename P>
int ADD(P x,P y)
{return x + y;
}
int main()
{int a = 10;double b = 20.0;int ret = ADD(a, b);return 0;
}

在编译的时候就会出现报错,发现如下问题:
在这里插入图片描述这是因为在调用ADD函数时,编译器不知道是应该把int转换成double,还是把double转换成int!此时我们可以利用模板的显式实例化!

int ret = ADD<int>(a, b);

指明要将double转换成int类型!

2.4 模板参数的匹配原则

1️⃣一个非模板函数可以与一个同名的函数模板可以一起存在,并且该函数模板还是可以实例化生成同名非模板函数

int ADD(int a, int b)
{return a + b;
}
template <typename P>
int ADD(P x,P y)
{return x + y;
}
int main()
{int a = 10;int b = 20;ADD(a, b);//调用同名的非模板函数ADD<int>(10, 20);//编译器会调用特化的模板函数return 0;
}

2️⃣如果条件都相同,对于非模板函数与模板函数,会优先调用非模板函数,而不会从模板函数中在生成一个实例出来!如果模板函数能够产生一个更好匹配的函数,那么就会优先调用模板!

int ADD(int a, int b)
{return a + b;
}
template <typename P1,typename P2>
int ADD(P1 x, P2 y)
{return x + y;
}int main()
{int a = 10;int b = 20;double c = 20.0;ADD(a, b);//优先调用非模板函数ADD(a, c);//优先调用模板函数return 0;
}

3️⃣模板函数不支持自动类型转换(隐式的类型转换,比如把double转换成int),普通函数支持自动类型转换!

3 类模板

格式类型:
template<class T1, class T2, …, class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

之前我们在C语言中学过typedef关键字,我们只需要改变typedef后的数据类型,就可以更改类中所要存储的数据类型,代码如下:

typedef int Date;class Stack {
private:Date* _a;int _capacity;int _top;
public:Stack(int capacity = 10){_a = new Date[capacity];_capacity = capacity;_top = 0;}
};

但是,这也是有局限性的,因为如果需要多个栈并且多个栈中的存储的数据类型不一样,我们也要多写几分类似的代码!类模板就可以很好的解决这个问题!

template <class T>
class Stack
{
private:T* _a;int _capacity;int _top;public:Stack(int capacity = 4){_a = new T[capacity];_top = 0;_capacity = capacity;}
};

类模板的实现原理和函数模板的原理是一样的,但是类模板是通过显示实例化,而不是让编译器自己进行推演!

int main()
{Stack<int> st1;//放int的栈Stack<double> st2;//放double的栈Stack<char> st3;//放char类型的栈return 0;
}

注意:通过类模板实例化的类不是和普通类一样,普通类的类名就是类型,实例化的类就是类名<数据类型>才是类型!
类模板中函数的声明与定义写法如下所示:

template <class T>
class Stack
{
private:T* _a;int _capacity;int _top;public:Stack(int capacity = 4);
};template <class T>
Stack<T>::Stack(int capacity = 4)//指定类型作用域
{_a = new T[capacity];_capacity = capacity;_top = 0;
}

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