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模板初阶【C++】

news 来源：原创 2025/5/22 13:36:58

一、泛型编程

前言：
我们经常会用到数据的交换，C++中的函数重载可以完成

//函数重载
void swap(int& x,int& y) 
{int tmp = x;x = y;y = tmp;
}void swap(double& x, double& y)
{double tmp = x;x = y;y = tmp;
}void swap(char& x, char& y)
{double tmp = x;x = y;y = tmp;
}
//...

显然使用函数重载存在一些问题，函数重载仅仅是参数类型不同，当又出现新类型时，仍需手动进行实现

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。

模板又分为 函数模板 和 类模板

1. 函数模板

函数模板是C++中的一种特性，它允许我们定义一个通用的函数，该函数能够处理多种数据类型。在函数模板中，我们使用模板参数（用typename或class关键字声明）来代替具体的类型，编译器会根据传入函数的实际参数类型来生成相应的函数版本。

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 T3,…
返回值类型函数名 (参数列表) { }

template <typename T>
void Swap(T& x,T& y)
{T tmp = x;x = y;y = tmp;
}

在这里插入图片描述
例如：

template <typename T>
void Swap(T& x,T& y)
{T tmp = x;x = y;y = tmp;
}int main() 
{int a = 1;int b = 2;Swap(a,b);double c = 1.1;double d = 2.2;Swap(c,d);return 0;
}

注意上述调用的不是同一个函数
通过汇编层面来看：
在这里插入图片描述
通过汇编可以看到显然调用的不是同一个函数 ( call的地址不一样 )

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

函数参数传的是对象，模板参数传的是类型

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

函数模板的实例化

编译器通过推出类型，用函数模板，生成对应的函数，这个过程叫做模板实例化

模板实例化分为隐式实例化和显示实例化

隐式实例化：

编译器根据实参推演模板参数的实际类型

template <typename T>
T Add(const T& m, const T& n) 
{return m+n;
}
int main() 
{int a = 1;int b = 2;double c = 1.1;double d = 2.2;Add(a,b);Add(c,d);cout << Add(a, b) << endl;cout << Add(c, d) << endl;return 0;
}

// 错误示例:
// 根据上方代码的数据类型Add(a + c);

在这里插入图片描述
通过上述图片知道，因为代码中只有一个模板参数，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却发现实参类型不一样，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

所以需要转换为相同的数据类型
方法1：手动进行数据的强制类型转换

	Add(a,(int)c);

另一个方法就是使用模板实例化的显示实例化

显示实例化:

在函数名后的< >中指定模板参数的实际类型

	Add<int>(a,c);	// 在函数名和参数之间进行显示实例化

模板参数匹配原则

当相应的函数(非函数模板) 和函数模板都存在时，编译器会先去调用相应的函数
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

// 专门处理int的加法函数int Add(int left, int right){return left + right;}// 通用加法函数template<class T1, class T2>T1 Add(T1 left, T2 right){return left + right;}Add(1, 2); Add(1, 2.0);

模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换

2. 类模板

类模板的格式：

//格式
template <class T1,class T2,class T3,…>
class 类模板名
{ };

例如：

//例如 Stack 类 template <class T>
class Stack 
{
private:T* a;int _top;int _capacity;
};//类模板不能推演
//类模板全部是显示实例化
//同一个类模板实例化出的两个类型
Stack <int>st1;
Stack <double>st2;

类模板的声明和定义分离,一般在一个文件中

template<class T>
class Satck 
{
public://类内声明void push(const T& x);private:T* a;int _top;int _capacity;
};//类外定义
template<class T>
void Satck<T>::push(const T& x)
{//...
}