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【C++】模板

LinAlpaca 2023-05-13 08:00:04

简介【C++】模板

前言

前言

🎗️照以前的想法，若我们想实现一个交换函数，需要这样写。

void swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

int main()
{
	int a = 5, b = 6;
	swap(a, b);
	return 0;
}

🎗️若想写通用的交换函数呢？根本没完没了，换一个类型就要重新写一次，就算有了函数重载也不能减少多少工作量。

void swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

void swap(char& x, char& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

void swap(double& x, double& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

......

🎗️就像古代最早出现的印刷术那样，使用一个模板可以去除掉那些大量并重复的工作。落实到语言中则诞生了模板(泛型编程)。

1.函数模板

1.1使用

🎗️想要将这个函数定义成模板只需要在函数上加上这句话：template<class T ...> 其中参数的个数取决于实际需要的个数。

🎗️其中的 class 还可以使用 typename 替换，二者都是定义模板参数关键字，区别不大，但是不可以使用 struct 。

🎗️这样子，我们便可以使用模板对上面交换函数进行修改。

template<class T>
void swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

🎗️我们可以将这个 T 想象成一个抽象的数据类型，他具体是什么我们不知道，但之后这个 T 会自己进行推演并转化成传入的类型。

1.2实现逻辑

🎗️让我们思考一下，以下两次 swap 调用的是同一个函数吗？

template<class T>
void swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

int main()
{
	int a = 5, b = 6;
	double c = 5.5, d = 6.6;
	swap(a, b);
	swap(c, d);
	return 0;
}

🎗️通过查看汇编，我们可以发现，其中调用的函数地址并不相同，即调用了两个不同的函数。

🎗️我们曾经将类比作蓝图，对象比作楼房。其实模板也是一样的，它会根据传入参数的不同类型进行推演，之后再进行实例化，生成不同版本的代码。因此不同类型的参数调用的函数并不是同一份。

🎗️本质上不同类型的函数还是要实现一份的，但使用模板就将实例化这个重复的工作交给了编译器，由编译器代我们实现。

1.3实例化

🎗️用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化和显式实例化。

隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型。
显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型。

🎗️若模板中只有一个数据类型，用两个类型的参数进行调用，编译器不知道该推演成哪个类型，便会出现歧义。

🎗️可以传参时强制类型转换，使其满足隐式实例化。也可以指定模板参数的实际类型，让参数发生隐式类型转换，使其满足显式类型转换。

1.4匹配规则

🎗️一个非模板函数和一个同名的函数模板可以同时存在，那么在这种情况下会调用哪一个函数呢？

template<class T>
int add(const T& x,const T& y)
{
	return x + y;
}

int add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int a = 5, b = 6;
	add(a, b);
	return 0;
}

🎗️为了节约程序开销，编译器会优先选择成本较低的，参数更加匹配的的函数进行调用。

2.类模板

2.1使用

🎗️类模板的定义与函数模板类似，根据需要定义任意数量的模板参数，之后便可以使用模板参数作为抽象的数据类型到类中。

template<class T>
class A
{
public:
	A(T a = 1)
		:_a(a)
	{}
private:
	T _a;
};

int main()
{
	A<int> a1;
	return 0;
}

🎗️类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表。

template<class T>
class A
{
public:
	A(T a = 1)
		:_a(a)
	{}
	~A();           //类中声明函数
private:
	T _a;
};

template<class T>   //需加上函数参数列表
A<T>::~A()          //类外定义函数
{ 
	_a = 0;
}

int main()
{
	A<int> a1; 
	return 0;
}

🎗️在实例化之前，当前模板类并不能算作一个真正的类，只是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具。