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【C++】模版（1）

news 来源：原创 2025/5/20 5:17:11

1. 泛型编程

2. 函数模版

2.1 函数模版概念

2.2 函数模版格式

2.3 函数模版的原理

2.4 函数模版实例化方式

隐式实例化

显式实例化

2.5 模版参数的匹配原则

3. 模版类

模版类的定义格式

模版类的实例化

1. 泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？

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：

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。
代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错。

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。

2. 函数模版

2.1 函数模版概念

函数模版是C++泛型编程的重要特性，它允许你编写一个通用的函数，这个函数可以处理不同的数据类型，而不需要为每种数据类型都单独编写一个函数。

2.2 函数模版格式

template< typename T1,typename T2,……,typename Tn>

返回值类型函数名(参数列表){ }

//函数模版声明
template<typename T>
void Swap(T& x, T& y)
{T tmp = x;x = y;y = tmp;	
}

注意：typename是用来声明类型参数关键字，也可以使用class (template<class T>)，切记不能使用struct代替 class。

2.3 函数模版的原理

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。

在编译阶段，当代码中调用函数模版时，编译器会根据传入的实参类型对函数模版进行实例化：

编译器会根据传入实参的类型，自动推导出模版中类型参数，template<typename T>里的T实际代表的数据类型，若调用Swap(d1,d2);编译器会将T推演为double。确定具体类型后，编译器会为该类型生成一份专门的函数代码，这个过程就是函数模版的实例化。

2.4 函数模版实例化方式

隐式实例化

让编译器根据实参推演模板参数的实际类型。


#include<iostream>
using namespace std;
//函数模版声明
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}int main()
{int a1 = 10, a2 = 20;double d1 = 10.2, d2 = 20.1;Add(a1, a2);//隐式实例化，编译器根据实参类型推导T为 intAdd(d1, d2);//隐式实例化，编译器根据实参类型推导T为 doublereturn 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
//函数模版声明
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}int main()
{int a1 = 10, a2 = 20;double d1 = 10.2, d2 = 20.1;//Add(a1, d1);  error!//当传入不同类型实参无法让编译器唯一确定模版参数类型时，编译报错，因为编译器一般不自动进行类型转换来确定函数模版 //可以用户自己强制转化Add(a1, (int)d1);return 0;
}

显式实例化

在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型，告知编译器按指定类型对函数模版进行实例化。

#include<iostream>
using namespace std;
//函数模版声明
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}int main()
{int a1 = 2, a2 = 4;double d1 = 3.3, d2 = 5.5;cout << Add<int>(a1, d1) << endl;   //5   显式实例化，明确指定模版参数T为int  注意精度丢失问题cout << Add<double>(a2, d2) << endl;//9.5 显式实例化，明确指定模版参数T为doublereturn 0;
}

//函数模版声明
template<class T>
T*func(int n)
{return new T[n];
}int main()
{double* p1 = func<double>(10); //显示实例化return 0;
}

可在编译前期就确定函数模版实例化类型，有利于提高编译效率，减少编译时类型推导时间，显式实例化能让程序员精确控制模版参数类型。

2.5 模版参数的匹配原则

对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数，那么将选择模板。

#include<iostream>
using namespace std;
//函数模版声明
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}int Add(const int& x, const int& y)
{return (x + y) * 5;
}int main()
{cout << Add(1, 2) << endl;    //15  与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化cout << Add(2.2, 3.3) << endl;//5.5 模板函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生成更加匹配的Add函数return 0;
}

3. 类模版（模版类）

模版类的定义格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 模板类名
{// 类内成员定义
};

模版类的实例化

模板类实例化与函数模板实例化不同，模板类实例化需要在模板类名字后跟<>，然后将实例化的类型放在<>中即可，模板类名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类（比如Satck是类名，而Satck<T>才是具体类型）。
模版类是模版，不是具体实例化的类。

代码示例：

#include<iostream>
using namespace std;// 模版类
template<class T>
class Stack
{
public:Stack(int n = 4):_array(new T[n]), _size(0), _capacity(n){ }~Stack(){delete[]_array;_array = nullptr;_size = _capacity = 0;}void Push(const T& data);//类内声明private:T* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};template<class T>    //在类外定义成员函数时，需要再次指定模版参数,因为函数定义是独立于类定义的作用域的，表明函数定义依赖模版参数。
void Stack<T>::Push(const T& data)//通过Stack<T>编译器知道这是模版类的成员函数，不是普通类的，如果省略<T>，编译器会认为Satck是一个已实例化的具体类
{                                 //通过T来确定具体是针对哪个类型参数实例化的类模版的成员函数进行定义if (_size == _capacity) //扩容{T* tmp = new T[_capacity * 2];memcpy(tmp, _array, sizeof(T) * _size);//将原数组的内容复制到新数组delete[]_array;//释放原数组_array = tmp;//更新指针和容量_capacity *= 2;}_array[_size++] = data;
} int main()
{//类模版通常需要显示实例化，根据实际使用的类型生成对应的代码Stack<int>st1;st1.Push(1);st1.Push(2);Stack<double>st2;st2.Push(1.1);st2.Push(2.2);return 0;
}