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C++模板(初阶)

1.引入

在之前的笔记中有提到:函数重载(特别是交换函数(Swap)的实现)

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;
}
使用函数重载虽然可以实现,但是有一下几个不好的地方:
1. 重载的函数仅仅是类型不同,代码复用率比较低,只要有新类型出现时,就需要用户自己增加对应的函数;
2. 代码的可维护性比较低,一个出错可能所有的重载均出错;

总之:实在麻烦,而且代码结构相似,也就有了模板的概念:(告诉编译器一个模子,让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码

2.模板

泛型编程:

编写与类型无关的通用代码,是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础

1.函数模板

函数模板代表了一个函数家族,该函数模板与类型无关,在使用时被参数化,根据实参类型产生 函数的特定类型版本

格式:

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}

或者: 

template<class T1, class T2,......,class Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}

EG:

template<typename T>//template<class T>
void Swap(T& left, T& right)
{T temp = left;left = right;right = temp;
}
注意: typename 用来定义模板参数 关键字 也可以使用 class( 切记:不能使用 struct 代替class)
函数模板原理:
函数模板是一个蓝图,它本身并不是函数,是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具, 所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器
在编译器编译阶段 ,对于模板函数的使用, 编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应 类型的函数 以供调用。比如: 当用 double 类型使用函数模板时,编译器通过对实参类型的推演, T 确定为 double 类型,然后产生一份专门处理 double 类型的代码 ,对于字符类型也是如此
函数模板的实例化:
用不同类型的参数使用函数模板时 ,称为函数模板的 实例化;
模板参数实例化分为: 隐式实例化 和显式实例化;

隐式实例化:让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}
int main()
{int a1 = 10, a2 = 20;double d1 = 10.0, d2 = 20.0;Add(a1, d1);//报错return 0;
}
该语句不能通过编译,因为在编译期间,当编译器看到该实例化时,需要推演其实参类型通过实参a1 T 推演为 int ,通过实参 d1 T 推演为 double 类型,但模板参数列表中只有一个T ,编译器无法确定此处到底该将T 确定为 int 或者 double 类型而报错;
注意:在模板中,编译器一般不会进行类型转换操作(隐式类型转换),因为一旦转化出问题,编译器就需要背黑锅;

因此,当出现编译器不能自我判断的时候:有两种解决办法:

1.强制转换;Add((double)a1, d1);

2.显示实例化;

显式实例化:在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

int main(void)
{int a = 10;double b = 20.0;// 显式实例化Add<int>(a, b);return 0;
}

如果类型不匹配,编译器会尝试进行隐式类型转换,如果无法转换成功编译器将会报错 

注意:如果程序中除了函数模板,还有同名函数(调用传参实现),会优先调用这个同名函数(别人请客干嘛自己煮饭呢)

2.类模板 

格式:

template<class T1, class T2, ..., class Tn>//或者template T1....
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};
#include<iostream>
using namespace std;
// 类模版
template<typename T>
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 4){_array = new T[capacity];_capacity = capacity;_size = 0;}~Stack(){delete[] _array;_array = nullptr;_size = _capacity = 0;}void Push(const T& data);
private:T* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};
// 模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{// 扩容_array[_size] = data;++_size;
}
int main()
{Stack<int> st1; // intStack<double> st2; // doublereturn 0;
}

注意:模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误;

st1,st2不是new出来的,不需要delete,出了局部域会调用析构函数

只有:Stack<double>* pst = new Stack<double>; 才要去调用delete

类模板的实例化:
 
类模板实例化与函数模板实例化不同, 类模板实例化需要在类模板名字后跟 <> ,然后将实例化的 类型放在 <> 中即可,类模板名字不是真正的类,而实例化的结果才是真正的类
// Stack是类名,Stack<int>才是类型
Stack<int> st1; // int
Stack<double> st2; // double

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