极智编程 | C++模板函数

Posted 2023-01-02 极智视界

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大家好，我是极智视界，本文介绍一下 C++模板函数。

模板函数是 C++ 中一种特殊的函数，它的类型参数列表用尖括号 <> 括起来，放在函数名的后面。使用模板函数，可以在编译时动态生成函数的版本，而不需要手动创建多个重载版本或者使用 void* 类型的参数来实现函数的泛型。

下面是一个简单的模板函数的例子，它可以找出两个数中的最大值：

template <typename T>
T max(T a, T b) 
    return (a > b) ? a : b;

在调用这个函数时，必须指定类型参数 T 的实际类型，例如：

int m = max<int>(3, 7);   // m 的值是 7
double x = max<double>(3.14, 2.72);   // x 的值是 3.14

可以使用类型推断来简化函数调用，例如：

int m = max(3, 7);   // m 的值是 7
double x = max(3.14, 2.72);   // x 的值是 3.14

在这种情况下，编译器会自动推断出 T 的类型，并生成对应的函数版本。

模板函数不仅可以有一个类型参数，还可以有多个类型参数。例如，下面是一个模板函数，用于交换两个变量的值：

template <typename T, typename U>
void swap(T& x, U& y) 
    T temp = x;
    x = y;
    y = temp;

模板函数还可以指定默认的类型参数值，例如：

template <typename T, typename U = int>
void func(T x, U y) 
    // ...

在调用这个函数时，可以省略第二个类型参数 U 的实际类型，它会使用默认值 int，例如：

func(3.14, 7);   // 第一个参数是 double 类型，第二个参数是 int 类型

模板函数可以有默认模板参数列表，但是必须位于模板参数列表的末尾。

模板函数可以被定义为内联函数，这样可以提高函数调用的效率。例如：

template <typename T>
inline T min(T a, T b) 
    return (a < b) ? a : b;

模板函数的声明和定义可以分开，但是必须保证在使用模板函数之前，它已经被声明过了。例如：

// 模版函数的声明
template <typename T>
T max(T a, T b);

// 其他代码

// 模版函数的定义
template <typename T>
T max(T a, T b) 
    return (a > b) ? a : b;

可以使用 extern 关键字来指定模板函数的定义在别的文件中，例如：

// 模版函数的声明
extern template int max<int>(int a, int b);

// 其他代码

在模板函数中，也可以使用特化来为某些特定的类型参数提供特殊的实现。特化是指为某个特定的类型参数创建一个专门的函数版本，并覆盖模板函数的通用版本。

例如，下面是一个模板函数，用于计算数组的平均值：

template <typename T>
T average(T* array, int size) 
    T sum = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++) 
        sum += array[i];
    
    return sum / size;

这个函数的通用版本适用于所有的类型 T，但是对于浮点类型，可能希望使用更精确的算法来计算平均值。因此，可以为类型 T 为 float 或 double 的情况创建一个特化版本，例如：

template <>
float average(float* array, int size) 
    // 使用更精确的算法计算平均值
    // ...


template <>
double average(double* array, int size) 
    // 使用更精确的算法计算平均值
    // ...

在调用这个函数时，如果 T 为 float 或 double，就会使用这两个特化版本；否则使用通用版本。

好了，以上分享了 C++模板函数。希望我的分享能对你的学习有一点帮助。

【极智视界】

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