第57课 深入理解函数模板

Posted 2020-07-30

1. 函数模板深入理解

（1）编译器从函数模板通过具体类型产生不同的函数

（2）编译器会对函数模板进行两次编译

　　①对模板代码本身进行编译

　　②对参数替换后的代码进行编译（编译时机：可能发生在定义对象或函数调用时）

（3）注意事项

　　①函数模板本身不允许隐式类型转换

　　②自动推导类型时，必须严格匹配

　　③显式类型指定时，能够进行隐式类型转换

【编程实验】函数模板的本质

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    Test(const Test&){}
public:
    Test()
    {
        
    }
};

template <typename T>
void Swap(T& a, T& b)
{
    T c = a;
    a = b;
    b = c;
}

typedef void (FuncI)(int&, int&);
typedef void (FuncD)(double&, double&);
typedef void (FuncT)(Test&, Test&);

int main()
{
    FuncI* pi = Swap; //编译器自动推导T为int
                      //当编译到这行时，发生要用一个模板去初始化pi
                      //而pi的类型又是void (FuncI)(int&, int&),所以
                      //此时，编译器会用int去替换T，然后生成一个Swap函数
                      //并把指针赋值给pi
                      
    FuncD* pd = Swap;//编译器自动推导T为double,编译器生成另一个Swap函数
    
    //以下证明pi与pd指向的是两个不同的函数
    cout << "pi = " << reinterpret_cast<void*>(pi) << endl; //0x40283c
    cout << "pd = " << reinterpret_cast<void*>(pd) << endl; //0x402818
    
    //FuncT* pt = Swap; //编译器自动推导T为test。但是当进行T替换时
                        //由于Swap函数内部的T c = a；会调用Test的拷贝
                        //构造函数，但被我们故意设为private，所以编译
                        //出错，这个例子是用来说明会生成另一个不同的
                        //版本的Swap函数。
    //cout << "pt = " << reinterpret_cast<void*>(pt) << endl;    
     
    return 0;
}

2. 多参数函数模板

（1）可定义任意多个不同的类型参数，如

　　template <typename T1, typename T2, typename T3>

　　T1 Add(T2 a, T3 b)…

　　…

　　int r = Add<int, float, double>(0.5, 0.8);//函数调用

（2）对于多参数函数模板

　　①无法自动推导返回值类型

　　②可以从左向右部分指定类型参数

　　③工程中将返回值参数作为第一个类型参数！

【编程实验】多参数函数模板

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T1, typename T2, typename T3>
T1 Add(T2 a, T3 b)
{
    return static_cast<T1>(a + b);
}

int main()
{
    //T1 = int, T2 = double, T3 = double
    int r1 = Add<int>(0.5, 0.8); //从左向右指定类型，这里只指定返回值，其余自动推导
    
    //T1 = double, T2 = float, T3 = double
    double r2 = Add<double, float>(0.5, 0.8); //从左向右指定类型，这里只指定返回值和
                                              //add函数的第1个参数，第2个参数自动推导
                                              
    //T1 = float, T2 = float, T3 = float
    float r3 = Add<float, float, float>(0.5, 0.8); //3个类型都显式指定

    cout << "r1 = " << r1 << endl;  //r1 = 1
    cout << "r2 = " << r2 << endl;  //r3 = 1.3
    cout << "r3 = " << r3 << endl;  //r3 = 1.3
    
    return 0;
}

3. 函数重载遇见函数模板会发生什么？

（1）C++编译器优先考虑普通函数

（2）如果函数模板可以产生一个更好的匹配，那么选择模板

（3）可以通过空模板实参列表限定编译器只匹配模板

     int r1 =Max(1, 2);

     int r2 = Max<>(0.5, 0.8); //<>表示只能去从模板中匹配

【实例分析】重载函数模板

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
T Max(T a, T b)
{
    cout << "T Max(T a, T b)" << endl;
    return a > b ? a : b;
}

int Max(int a, int b)
{
    cout << "int Max(int a, int b)" << endl;
    return a > b ? a : b;    
}

template <typename T>
T Max(T a, T b, T c)
{
    cout << "T Max(T a, T b, T c)" << endl;
    return Max(Max(a, b), c);
}

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    
    cout << Max(a, b) << endl;         //优先匹配普通函数: int Max(int a, int b)
    cout << Max<>(a, b) << endl;       //限定只能从函数模板去匹配：int Max<int>(int,int)
    cout << Max(3.0, 4.0) << endl;     //不匹配普通函数，从函数模板中匹配Max<double>(double, double)
    cout << Max(5.0, 6.0, 7.0) << endl;//函数模板 Max<double>(double, double, double)
    cout << Max(‘a‘, 100) << endl;     //普通成员函数int Max(int a, int b)。由于函数模板（只有一个参数类型T）
                                       //本身不允许隐式转换，所以不会匹配函数模板。
    return 0;
}
/*
int Max(int a, int b)
2
T Max(T a, T b)
2
T Max(T a, T b)
4
T Max(T a, T b, T c)
T Max(T a, T b)
T Max(T a, T b)
7
int Max(int a, int b)
100
*/

4. 小结

（1）函数模板通过具体类型产生不同的函数

（2）函数模板可以定义任意多个不同的类型参数

（3）函数模板中的返回值类型必须显式指定

（4）函数模板可以像普通函数一样被重载