文章目錄

• 泛型編程
• 函數(shù)模板
• • 函數(shù)模板實(shí)例化
  • • 隱式實(shí)例化
    • 顯式實(shí)例化
  • 函數(shù)模板的匹配規(guī)則
• 類(lèi)模板
• • 類(lèi)模板的實(shí)例化

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泛型編程

泛型編程旨在削減重復(fù)工作，如：

• 將一個(gè)函數(shù)多次重載不如將他寫(xiě)成泛型。

void Swap(int& left, int& right) {int temp = left;left = right;right = temp; } void Swap(double& left, double& right) {double temp = left;left = right;right = temp; } void Swap(char& left, char& right) {char temp = left;left = right;right = temp; }

就比如非常常用的swap函數(shù)，雖然c++支持重載，但是如果對(duì)于這種函數(shù)我們每一個(gè)都要自己去實(shí)現(xiàn)，是一件很麻煩并且多余的工作，因?yàn)槲覀儗⒅貜?fù)邏輯的東西多次實(shí)現(xiàn)。

• 比如我們想向一個(gè)封裝好的類(lèi)添加新的數(shù)據(jù)成員，重新寫(xiě)一個(gè)不如一開(kāi)始就寫(xiě)成泛型。

class Stack {private:int capacity;int size;int* arr; };

如果我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)棧，如果他此時(shí)要存儲(chǔ)其他的數(shù)據(jù)類(lèi)型，那我們就必須還要重新修改一個(gè)，這無(wú)疑是繁瑣的。

所以，C++ 基于重載這一項(xiàng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了模板編程，模板作為類(lèi)或者函數(shù)的藍(lán)圖，可以針對(duì)不同類(lèi)型，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)操作。

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函數(shù)模板

函數(shù)模板與類(lèi)型無(wú)關(guān)，被調(diào)用時(shí)根據(jù)實(shí)參類(lèi)型產(chǎn)生函數(shù)的對(duì)應(yīng)類(lèi)型版本。

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn> //typename即類(lèi)型名，也可以用class替代，這里的class指的是類(lèi)型，不能用struct替換

編寫(xiě)函數(shù)模板時(shí)，只需要在對(duì)應(yīng)的函數(shù)前面加上上面的語(yǔ)句即可，然后將所有需要替換類(lèi)型的參數(shù)改為上面的 T1、T2 即可

template<class T> void Swap(T& left, T& right) {T temp = left;left = right;right = temp; }int main() {int i = 3, j = 4;double a = 3.4, b = 5.6;char x = 'x', y = 'y';Swap(i, j);Swap(a, b);Swap(x, y);cout << i << ' ' << j << endl;cout << a << ' ' << b << endl;cout << x << ' ' << y << endl; }

當(dāng)我們調(diào)用這個(gè)模板函數(shù)的時(shí)候，是生成一個(gè)函數(shù)重載并調(diào)用三次呢？還是生成三個(gè)返回值不同的函數(shù)各調(diào)用一次呢？

通過(guò)地址信息可以看到，它調(diào)用的是三個(gè)不同的函數(shù)。

因此，模板函數(shù)本身并不是一個(gè)函數(shù)，而是一個(gè)藍(lán)圖，通過(guò)識(shí)別我們傳入的參數(shù)，然后在底層生成一個(gè)該類(lèi)型的模板函數(shù)，并調(diào)用該函數(shù)。

并且這個(gè)階段是在預(yù)處理的時(shí)候就進(jìn)行了，因?yàn)槿绻窃诰幾g階段才進(jìn)行函數(shù)的生成，那肯定是無(wú)法通過(guò)語(yǔ)法的檢查的，所以這一階段只能在預(yù)處理進(jìn)行。

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函數(shù)模板實(shí)例化

函數(shù)模板只在第一次使用的時(shí)候才會(huì)實(shí)例化出來(lái)，它的實(shí)例化有兩種方法，一種是顯式實(shí)例化，一種是隱式實(shí)例化。

隱式實(shí)例化

template<class T> T Add(const T& left, const T& right) {return left + right; }int main() {int i = 3, j = 4;double a = 3.4, b = 5.6;Add(i, j);Add(a, b);/*Add(i, a);這時(shí)編譯器就會(huì)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)樾枰ㄟ^(guò)參數(shù)推演出對(duì)應(yīng)類(lèi)型，但是此時(shí)就無(wú)法推演出到底是將 T 推演成 double 還是將 T 推演成 int*/// 此時(shí)有兩種處理方式：1. 用戶(hù)自己來(lái)強(qiáng)制轉(zhuǎn)化 2. 使用顯式實(shí)例化Add(i, (int)a); // 強(qiáng)制轉(zhuǎn)化，將 T 推演成 intreturn 0; }

顯式實(shí)例化

int main() {int i = 3;double x = 3.4;// 顯式實(shí)例化Add<int>(i, x);return 0; }

用尖括號(hào)來(lái)顯式的聲明，STL 中的容器等就是采用這種顯式的實(shí)例化來(lái)明確參數(shù)的類(lèi)型。

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函數(shù)模板的匹配規(guī)則

一個(gè)非模板函數(shù)可以和一個(gè)同名的函數(shù)模板同時(shí)存在，而且該函數(shù)模板還可以被實(shí)例化為這個(gè)非模板函數(shù)。這時(shí)如果使用隱式實(shí)例化，則會(huì)調(diào)用非模板函數(shù)；如果使用顯式實(shí)例化，則調(diào)用模板函數(shù)。

//非模板函數(shù) int Add(int left, int right) {return left + right; }template<class T> T Add(T left, T right) {return left + right; }int main() {Add(1, 2); // 調(diào)用非模板函數(shù)Add<int>(1, 2); // 調(diào)用模板函數(shù) }

對(duì)于非模板函數(shù)和同名函數(shù)模板，如果其他條件都相同，在調(diào)動(dòng)時(shí)會(huì)優(yōu)先調(diào)用非模板函數(shù)而不會(huì)從該模板產(chǎn)生出一個(gè)實(shí)例。如果模板可以產(chǎn)生一個(gè)具有更好匹配的函數(shù)， 那么將選擇模板函數(shù)。

// 專(zhuān)門(mén)處理int的加法函數(shù) int Add(int left, int right) {return left + right; }// 通用加法函數(shù) template<class T1, class T2> T1 Add(T1 left, T2 right) {return left + right; }void Test() {Add(1, 2); // 與非函數(shù)模板類(lèi)型完全匹配，不需要函數(shù)模板實(shí)例化Add(1, 2.0); // 模板函數(shù)可以生成更加匹配的版本，編譯器根據(jù)實(shí)參生成更加匹配的Add函數(shù) }

模板函數(shù)不允許自動(dòng)類(lèi)型轉(zhuǎn)換，但普通函數(shù)可以進(jìn)行自動(dòng)類(lèi)型轉(zhuǎn)換。

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類(lèi)模板

類(lèi)模板的用法和函數(shù)模板其實(shí)一樣

template<class T> class Stack {private:int capacity;int size;T* arr; };

這里的 Stack 不是一個(gè)具體的類(lèi)，他是類(lèi)模板，也就是一個(gè)藍(lán)圖，通過(guò)這個(gè)模板來(lái)識(shí)別參數(shù)的類(lèi)型并生成對(duì)應(yīng)的模板類(lèi)。

所以可以理解為類(lèi)模板是一個(gè)類(lèi)家族，模板類(lèi)是通過(guò)類(lèi)模板實(shí)例化的具體類(lèi)。

如果類(lèi)中的成員函數(shù)需要在類(lèi)外定義的話(huà)，需要每一個(gè)定義前都要聲明一次類(lèi)模板的參數(shù)列表。

template<class T> class Stack { public:void push();void pop(); private:int capacity;int size;T* arr; };template<class T> void Stack<T>::push() {}template<class T> void Stack<T>::pop() {}

還有一個(gè)需要注意的地方就是，類(lèi)模板的所有成員函數(shù)都是模板函數(shù)。

類(lèi)模板的實(shí)例化

類(lèi)模板只能夠通過(guò)顯式實(shí)例化

如 STL 中的幾個(gè)容器都是通過(guò)類(lèi)模板實(shí)現(xiàn)的：

stack<int> s1;stack<double> s2;

stack<int> 并不是類(lèi)名，而是顯式實(shí)例化指定的類(lèi)型，stack 才是類(lèi)名。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++ 泛型编程（一）：模板基础：函数模板、类模板、模板推演成函数的机制、模板实例化、模板匹配规则的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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