c++基础篇——模板初阶

Posted 2022-11-28 东条希尔薇

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关于作者：东条希尔薇，一名喜欢编程的在校大学生
主攻方向：c++和linux
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印刷术是中国四大发明之一，它极大地便利了古代人对于读书的需求。

设想，如果我们没有印刷术的话，我们要传播书籍该怎么做？我们必须要把这本书亲自手抄几万份后传播，这样的传播方式不仅非常的繁琐，而且浪费了很多不必要的人力

我们有印刷术就会方便许多，我们只需要抄一遍书上的内容，把它抄在一个模子上，然后使用这个模板，就能很轻松的把它复印几万份

而我们今天讲的内容，和古代的印刷术有异曲同工之妙

目录

• 函数模板提出背景
• 函数模板的概念与使用
• 函数模板原理及其实例化
• 类模板

函数模板提出背景

假如我们要实现一个函数，这个函数要实现两个变量的交换，我们可以轻松写出以下代码

void Swap(int& rx,int& ry)

	int tmp=rx;
	rx=ry;
	ry=tmp;

但这个函数会有一个问题：我们只能交换整数类型，那么我们要交换其它类型的数又该怎么办呢？

我们可能想到，把每个类型都写一遍不就行了？

void Swap(int& rx,int& ry)

	int tmp=rx;
	rx=ry;
	ry=tmp;


void Swap(float& rx,float& ry)

	float tmp=rx;
	rx=ry;
	ry=tmp;


void Swap(double& rx,double& ry)

	double tmp=rx;
	rx=ry;
	ry=tmp;

这样每个类型写一个函数，会造成大量的代码冗余，而且对于自定义类型，我们根本不能确定到底要写多少个这样的函数

所以，在c++里面引入了函数模板的概念

函数模板的概念与使用

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，它会根据实参自动推导自己的参数类型

拥有模板也是c++能支持泛型编程的基础，它也是STL实现的基础

使用格式：

template<class T1,class T2,.....class Tn>

//或者是typename T1....
//T1作为模板名，可以随意修改，不过一般都用T来表示

在上面一行代码完成后，下面要立即跟上一个模板函数

我们有了函数模板，就能让上面的swap函数支持任意类型，并且只有一份函数源码

template<class T>

void swap(T& rx,T& ry)

	T tmp=rx;
	rx=ry;
	ry=tmp;

函数模板原理及其实例化

我们知道了函数模板能够实现所有类型的使用，那么函数模板算一个函数吗？

我们可以通过观察不同类型函数的地址来观察

观察其反汇编代码

我们可以观察到，每次调用函数时，对应的swap函数地址是不一样的

我们可以得出结论，模板函数并不是一个函数

函数模板需要通过实例化来让对应参数使用其函数

实例化：模板函数根据不同的参数类型，来推演出它的参数类型，然后专门处理出一个针对此类型的函数代码

而实例化方式分为两种：隐式实例化，显式实例化

隐式实例化

编译器根据实参，自动推导出参数的实际类型

template<class T>

void Swap(T& x, T& y)

	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;


int main()

	int a = 2;
	int b = 3;
	float c = 3.3f;
	float d = 4.4f;
	Swap(a, b);
	
	Swap(c, d);
	return 0;

但注意：不能把不同类型的参数传入一个函数模板中，这样编译器就不知道这个模板到底推导成什么类型了

Swap(a,d);//int和float类型混合，报错

显式实例化

在函数名后加上**<类型名>**

Swap<int>(a,b);
Swap<int>(a,d);//这里不同类型使用不会报错，而是会发生隐式类型转换为<>内的类型

实例化原则：

对于非模板函数和函数模板同名的情况，调用时如果类型与非模板参数完全相同，将会优先调用非模板函数

void Swap(int& x, int& y)

	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;

template<class T>
void Swap(T& x, T& y)

	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;


int main()

	int a = 2;
	int b = 3;
	float c = 3.3f;
	float d = 4.4f;
	Swap(a, b);//调用非模板
	
	Swap(c, d);//调用模板
	return 0;

类模板

与函数模板类似，并不是一个真正的类型，而是根据不同类型推导出来的

使用方式：在类最上面使用template,类内部参数可以使用其模板

template<class T>
class Stack//栈类

public:
	void push(T n)
	
		arr[top]=n;
		top++;
		size++;
	
private:
	T *arr;
	int tmp;
	int cap;

注意以下几点

如果类成员函数在类外实现，必须要在每个函数前面加上template

类模板只能显式实例化