C++提高编程（一）—— 模板（上）

本文主要是介绍C++提高编程（一）—— 模板（上），对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

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• 1. 模板的概念
• 2. 函数模板
• • 2.1 函数模板语法
  • 2.2 函数模板注意事项
  • 2.3 函数模板案例
  • 2.4 普通函数与函数模板的区别
  • 2.5 普通函数与函数模板的调用规则
  • 2.6 模板的局限性
• 3. 类模板
• 4. 总结

  模板分为两个篇章。
    1、2部分的内容见C++提高编程（一）—— 模板（上）
    3、4部分的内容见C++提高编程（一）—— 模板（下）

  模板是泛型编程的基础，泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。

  模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器，比如迭代器和算法，都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。每个容器都有一个单一的定义，比如向量，我们可以定义许多不同类型的向量，比如 vector 或 vector 。

  模板就是建立通用的模具，大大提高复用性，我们可以使用模板来定义函数和类。

  模板的特点：1. 模板不可以直接使用，它只是一个框架；
        2. 模板的通用并不是万能的。

• 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 。

2.1 函数模板语法

  函数模板的作用：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。

  函数模板的语法：

template<typename T>
函数声明或定义

  解释： template —— 声明创建模板；
      typename —— 表明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。

  实例如下所示。

#include<iostream>
using namespace std;

//函数模板

//两个整型交换函数
void swapInt(int &a, int &b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//两个浮点型交换函数
void swapInt(double &a, double &b)
{
	double temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	swap(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;

	double c = 1.1;
	double d = 2.2;
	swap(c, d);
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << "d = " << d << endl;
}

//函数模板
template<typename T>  //声明一个模板，告诉编译器后面的代码中紧跟着的T不要报错，T是一个通用数据类型
void mySwap(T &a, T &b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test02()
{
	//利用函数模板交换，有两种方式使用函数模板：
	//1. 自动类型推导
	int a = 10;
	int b = 20;
	mySwap(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;

	//2. 显示指定类型
	double c = 1.1;
	double d = 2.2;
	mySwap<double>(c, d);
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << "d = " << d << endl;

}

int main()
{
	test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

a = 20
b = 10
c = 2.2
d = 1.1
a = 20
b = 10
c = 2.2
d = 1.1

  总结： 1. 函数模板利用关键字template；
      2. 使用函数模板有两种方式：自动类型推导、显示指定类型；
      3. 模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化。

2.2 函数模板注意事项

  函数模板的注意事项：

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；
2. 模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用。

  实例如下所示。

#include<iostream>
using namespace std;

//函数模板注意事项

//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
//template<typename T>  //typename可以替换为class
template<class T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	char c = 'c';
	mySwap(a, b);  //正确
	//mySwap(a, c);  //错误，推导不出一致的T类型
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
}

//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的调用！" << endl;
}
void test02()
{
	//func();  //错误，没有确定T的数据类型
	func<int>();  //正确
}

int main()
{
	test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

a = 20
b = 10
func的调用！

  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。

2.3 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的数组进行排序。排序规则从大到小，排序算法为选择排序。测试时，分别利用char数组和int数组进行测试。

  案例的代码如下所示。

#include<iostream>
using namespace std;

//实现通用对数组进行排序的函数
//规则：从大到小
//算法：选择
//测试：char数组、int数组

//交换函数模板
template<class T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//排序算法
template<class T>
void mySort(T arr[], int len)
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		int max = i;  //认定最大值的下标
		for (int j = i+1; j < len; j++)
		{
			//认定的最大值比遍历出的数值要小，说明j下标的元素才是真正的最大值
			if (arr[max] < arr[j])
			{
				max = j;  //更新最大值下标
			}
		}
		if (max != i)
		{
			//交换max和i元素
			mySwap(arr[max], arr[i]);
		}
	}
}

//打印数组模板
template<class T>
void printArray(T arr[], int len)
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test01()
{
	//测试char数组
	char charArr[] = "badcfe";
	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
	mySort(charArr, num);
	printArray(charArr, num);
}

void test02()
{
	//测试int数组
	int intArr[] = { 7, 5, 1, 3, 9, 2, 4, 6, 8 };
	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
	mySort(intArr, num);
	printArray(intArr, num);
}

int main()
{
	test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

f e d c b a
9 8 7 6 5 4 3 2 1

  总结： 模板可以提高代码复用，需要熟练掌握。

2.4 普通函数与函数模板的区别

  普通函数与函数模板的区别：

• 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；
• 函数模板调用时，如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换。

  实例如下所示。

#include<iostream>
using namespace std;

//普通函数与函数模板的区别
//1. 普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）；
//2. 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；
//3. 函数模板调用时，如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换。

//普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{
	return a + b;
}

//函数模板
template<class T>
T myAdd02(T a, T b)
{
	return a + b;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	char c = 'c';
	cout << myAdd01(a, b) << endl;
	cout << myAdd01(a, c) << endl;  //结果为109，将字符c转换为对应的ASCII码99（隐式地转化为整型），进行相加

	//自动类型推导：不会发生隐式类型转换
	cout << myAdd02(a, b) << endl;
	//cout << myAdd02(a, c) << endl;  //错误

	//显示指定类型：会发生隐式类型转换
	cout << myAdd02<int>(a, b) << endl;
	cout << myAdd02<int>(a, c) << endl;
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

30
109
30
30
109

  总结： 建议使用显示指定类型的方式调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T。

2.5 普通函数与函数模板的调用规则

  普通函数与函数模板的调用规则如下：

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。

  实例如下所示。

#include<iostream>
using namespace std;

//普通函数与函数模板的调用规则
//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。

//普通函数
void myPrint(int a, int b)
{
	cout << "调用的是普通函数！" << endl;
}

//函数模板
template<class T>
void myPrint(T a, T b)
{
	cout << "调用的是函数模板！" << endl;
}

template<class T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
	cout << "调用的是重载的函数模板！" << endl;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	
	myPrint(a, b);  //调用普通函数

	//通过空模板的参数列表强制调用函数模板
	myPrint<>(a, b);  //调用函数模板

	myPrint(a, b, 100);  //调用重载函数模板

	//如果函数模板产生更好的匹配，优先调用函数模板
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';
	myPrint(c1, c2);  //调用函数模板，如果调用普通函数还要发生隐式转换，但模板函数只需要确定T为char类型就行了
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

调用的是普通函数！
调用的是函数模板！
调用的是重载的函数模板！
调用的是函数模板！

  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。

2.6 模板的局限性

  模板的局限性： 模板的通用性并不是万能的。

  例如如下所示的情况：

	template<class T>
	void f(T a, T b)
	{ 
    	a = b;
    }

  在上述代码中提供的赋值操作，如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了。

	template<class T>
	void f(T a, T b)
	{ 
    	if(a > b) { ... }
    }

  在上述代码中，如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行。

  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。

  实例如下所示。

#include<iostream>
using namespace std;

//模板的局限性
//模板的通用性并不是万能的

class Person
{
public:
	Person(string name, int age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}

	//姓名
	string m_Name;
	//年龄
	int m_Age;
};

//对比两个数据是否是相等函数
template<class T>
bool myCompare(T &a, T &b)
{
	if (a == b)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

//利用具体化Person的版本实现代码，具体化优先调用
template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2)
{
	if (p1.m_Name == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;

	bool ret = myCompare(a, b);
	if (ret)
	{
		cout << "a和b相等！" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a和b不相等！" << endl;
	}
}

void test02()
{
	Person p1("Tom", 10);
	Person p2("Tom", 10);

	bool ret = myCompare(p1, p2);
	if (ret)
	{
		cout << "p1和p2相等！" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "p1和p2不相等！" << endl;
	}
}

int main()
{
	test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

a和b不相等！
p1和p2相等！

  总结： 1. 利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化；
      2. 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。

  接下来的类模板部分的详细内容见C++提高编程（一）—— 模板（下）。

这篇关于C++提高编程（一）—— 模板（上）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！