模板(函数模板)---C++

模板目录

  • 模板
    • 1.模板概念
    • 2.泛型编程
  • 1.函数模板
    • 1.1 函数模板语法
    • 1.2 函数模板注意事项
    • 1.3 普通函数与函数模板的区别
    • 1.4 普通函数与函数模板的调用规则
    • 1.5 模板的局限性
    • 1.6 函数模板案例

在这里插入图片描述

模板

1.模板概念

模板就是建立通用的模具,大大提高复用性

模板的特点:

  • 模板不可以直接使用,它只是一个框架;
  • 模板的通用并不是万能的.

2.泛型编程

泛型编程是一种编程风格,它允许算法和数据结构在不被具体类型限制的情况下编写和执行,从而提高代码的复用性和效率。泛型编程的核心在于使用参数化类型,即类型参数,来定义可以操作多种不同数据类型的通用数据结构和算法。

在泛型编程中,类型参数通常用尖括号包围,如T,它代表一个未知的具体类型,这个类型在编译时被指定,而不是在运行时。泛型类型不是具体的类型,而是类型的模板,类似于对象模板的概念。

  • C++另一种编程思想称为 泛型编程 ,主要利用的技术就是模板;
  • C++提供两种模板机制:函数模板和类模板 .

1.函数模板

1.1 函数模板语法

函数模板作用:

建立一个通用函数,其函数返回值类型和形参类型可以不具体制定,用一个虚拟的类型来代表。

语法:

template<typename T>
函数声明或定义

解释:

template — 声明创建模板
typename — 表面其后面的符号是一种数据类型,可以用class代替
T — 通用的数据类型,名称可以替换,通常为大写字母

示例:

template <typename T>
void Swap(T& a, T& b)
{T temp = a;a = b;b = temp;
}void test01()
{
//整型交换int a = 10;int b = 99;//1.自动类型推导Swap(a, b);cout << "a=" << a << endl;cout << "b=" << b << endl;//2.显示指定类型Swap<int>(a, b);cout << "a=" << a << endl;cout << "b=" << b << endl;//字符型交换char m = 'x';char n = 'y';//1.自动类型推导Swap(m, n);cout << "m=" << m << endl;cout << "n=" << n << endl;//2.显示指定类型Swap<int>(a, b);cout << "m=" << m << endl;cout << "n=" << n << endl;
}

在这里插入图片描述

总结:

  • 函数模板利用关键字 template
  • 使用函数模板有两种方式:自动类型推导、显示指定类型
  • 模板的目的是为了提高复用性,将类型参数化.

1.2 函数模板注意事项

注意事项:

  • 自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T,才可以使用;
  • 模板必须要确定出 T 的数据类型,才可以使用;

示例:

template<class T>
void mySwap(T& a, T& b)
{T temp = a;a = b;b = temp;
}// 1、自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
void test01()
{int a = 10;int b = 20;char c = 'c';mySwap(a, b); // 正确,可以推导出一致的T//mySwap(a, c); // 错误,推导不出一致的T类型
}// 2、模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用
template<class T>
void func()
{cout << "func 调用" << endl;
}void test02()
{//func(); //错误,模板不能独立使用,必须确定出T的类型func<int>(); //利用显示指定类型的方式,给T一个类型,才可以使用该模板
}

总结:

  • 使用模板时必须确定出通用数据类型T,并且能够推导出一致的类型

1.3 普通函数与函数模板的区别

普通函数与函数模板区别:

  • 普通函数调用时可以发生自动类型转换(隐式类型转换);
  • 函数模板调用时,如果利用自动类型推导,不会发生隐式类型转换;
  • 如果利用显示指定类型的方式,可以发生隐式类型转换(老版VS可以);

示例:

//普通函数
int add(int a, int b)
{return a + b;
}
//函数模板
template <class T>
T myadd(T& a,T& b)
{return a + b;
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;char c = 'A';//ASCII码为65cout << add(a, c) << endl; //正确,将char类型的'A'隐式转换为int类型;输出75//myadd(a, c); // 报错,使用自动类型推导时,不会发生隐式类型转换//myadd<int>(a, c); //不正确,对于VS2022不可以;对于老版VS用显示指定类型,可以发生隐式类型转换
}

1.4 普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下:

  1. 如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数
  2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板;
  3. 函数模板也可以发生重载
  4. 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板;
    示例:
void myPrint(int a, int b)
{cout << "调用的普通函数" << endl;
}template<typename T>
void myPrint(T a, T b)
{cout << "调用的模板" << endl;
}template<typename T>
void myPrint(T a, T b, T c)//重载
{cout << "调用重载的模板" << endl;
}
void test02()
{//1、如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数// 注意 如果告诉编译器  普通函数是有的,但只是声明没有实现,或者不在当前文件内实现,就会报错找不到int a = 10;int b = 20;myPrint(a, b); //调用普通函数//2、可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板---<>myPrint<>(a, b); //调用函数模板//3、函数模板也可以发生重载int c = 30;myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板//4、 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板//普通函数无法使用char c1 = 'a';char c2 = 'b';myPrint(c1, c2); //调用函数模板
}

在这里插入图片描述
总结:既然提供了函数模板,最好就不要提供普通函数,否则容易出现二义性

1.5 模板的局限性

局限性:

  • 模板的通用性并不是万能的

如果模板的数据类型传入的是像Person类这样的自定义数据类型,无法正常运行;
因此C++为了解决这种问题,提供模板的重载,可以为这些特定的类型提供具体化的模板

示例1:对比整型

template <class T>
bool mycompare01(T& a, T& b)
{if (a == b){return true;}elsereturn false;
}void test03()
{int a = 10;int b = 100;bool ret = mycompare01(a, b);if (ret){cout << "Same" << endl;}elsecout << "Different" << endl;
}

在这里插入图片描述
示例2:对比自定义类型

class Person
{
public:Person(string name, int age){this->m_name = name;this->m_age = age;}string m_name;int m_age;
};//普通函数模板
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b)
{if (a == b){return true;}else{return false;}
}
//具体化,显示具体化的原型和定义是以template<>开头,并通过名称来指出类型
//具体化优先于常规模板
template <> bool myCompare(Person& p1, Person& p2)
{if (p1.m_name==p2.m_name&&p1.m_age==p2.m_age){return true;}elsereturn false;
}void test04()
{Person p1("张三", 18);Person p2("张三", 18);bool ret = myCompare(p1, p2);if (ret){cout << "p1 == p2 " << endl;}else{cout << "p1 != p2 " << endl;}
}

在这里插入图片描述
**注意:**对于具体化的模板,要先有普通函数模板才可实现,否则报错。如下
在这里插入图片描述
报错:“myCompare”不是当前范围内的类或函数模板名称。

总结:

  • 利用具体化的模板,可以解决自定义类型的通用化
  • 学习模板并不是为了写模板,而是在STL能够运用系统提供的模板

1.6 函数模板案例

案例描述:

  • 利用函数模板封装一个排序的函数,可以对不同数据类型数组进行排序
  • 排序规则从大到小,排序算法为冒泡排序
  • 分别利用char数组int数组进行测试
    示例
//冒泡排序函数模板
template <class T>
void Sort(T arr[], int len)
{int i = 0;for (i = 0; i < len-1; i++){int j = 0;for (j = 0; j < len - 1 - i; j++){if (arr[j] < arr[j + 1]){T temp = arr[j];arr[j] = arr[j+1];arr[j+1] = temp;}}}
}//打印函数模板
template <class T>
void myPrint(T arr[], int len)
{int i = 0;for (i = 0; i < len; i++){cout << arr[i] << " ";}cout << endl;
}//测试
void test01()
{int arr1[10] = { 1,4,5,2,3,7,9,6,8,10 };int len = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);Sort(arr1, len);myPrint(arr1, len);char arr2[] = "zxybcdsahj";int len1 = sizeof(arr2) / sizeof(arr2[0]);Sort(arr2, len1);myPrint(arr2, len1);
}

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