C++学习33 函数模板

Posted 2020-08-06 白宫飘红旗

在《C++函数重载》一节中，为了求三个数的最大值，我们通过函数重载定义了三个名字相同、参数列表不同的函数，如下所示：

//求三个整数的最大值
int max(int a, int b, int c){
    if(b>a) a=b;
    if(c>a) a=c;
    return a;
}
//求三个浮点数的最大值
double max(double a, double b, double c){
    if(b>a) a=b;
    if(c>a) a=c;
    return a;
}
//求三个长整型数的最大值
long max(long a, long b, long c){
    if(b>a) a=b;
    if(c>a) a=c;
    return a;
}

这些函数虽然在调用时方便了一些，但从本质上说还是定义了三个功能相同、函数体相同的函数，仍然不够节省代码。能不能把它们压缩成一个呢？

能！可以借助本节讲的函数模板。

我们知道，数据或数值可以通过函数参数传递，在函数定义时它们是未知的，只有在发生函数调用时才能确定其值。这就是数据的参数化。

其实，数据类型也可以通过参数来传递，在函数定义时可以不指明具体的数据类型，当发生函数调用时，编译器可以根据传入的参数自动确定数据类型。这就是数据类型参数化。

所谓函数模板，实际上是建立一个通用函数，其返回值类型和形参类型不具体指定，用一个虚拟的类型来代替（实际上是用一个标识符来占位）。这个通用函数就称为函数模板（Function Template）。凡是函数体相同的函数都可以用这个模板来代替，不必定义多个函数，只需在模板中定义一次即可。在调用函数时系统会用实参的类型来取代模板中的虚拟类型，从而实现了不同函数的功能。

定义模板函数的语法为：

template <typename 数据类型参数 , typename 数据类型参数 , ...> 返回值类型 函数名(形参列表){
    //TODO:
    //在函数体中可以使用数据类型参数
}

其中，template 是定义模板函数的关键字，template后面的尖括号不能省略；typename 是声明数据类型参数名的关键字，多个数据类型参数以逗号分隔。例如，求两个数的值：

//在返回值类型、形参列表、函数体中都可以使用T
template<typename T> T sum(T a, T b){
    T temp = a + b;
    return temp;
}

template<typename T>为模板头，T为类型参数。模板函数的调用形式和普通函数一样：

int n = sum(10, 20);
float m = sum(12.6, 23.9);

编译器可以根据调用时传递的参数来自动推演数据类型。

改进本节开头的代码，通过函数模板来求三个数的最大值。

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>  //模板头，这里不能有分号
T max(T a, T b, T c){ //函数头
    if(b>a) a=b;
    if(c>a) a=c;
    return a;
}
int main( ){
    //求三个整数的最大值
    int i1, i2, i3, i_max;
    cin >> i1 >> i2 >> i3;
    i_max = max(i1,i2,i3);
    cout << "i_max=" << i_max << endl;
    //求三个浮点数的最大值
    double d1, d2, d3, d_max;
    cin >> d1 >> d2 >> d3;
    d_max = max(d1,d2,d3);
    cout << "d_max=" << d_max << endl;
    //求三个长整型数的最大值
    long g1, g2, g3, g_max;
    cin >> g1 >> g2 >> g3;
    g_max = max(g1,g2,g3);
    cout << "g_max=" << g_max << endl;
    return 0;
}

模板函数也可以提前声明，不过声明时需要带上模板头，请看下面的例子：

#include <iostream>
using namespace std;
//声明模板函数
template<typename T> T sum(T a, T b);
int main(){
    cout<<sum(10, 40)<<endl;
    return 0;
}
//定义模板函数
template<typename T> T sum(T a, T b){
    T temp = a + b;
    return temp;
}

可以发现，模板头和函数定义（声明）是一个不可分割的整体，可以换行，但是中间不能有分号。