C++核心编程之函数模板
1 模板的概念
模板是C++中一种强大的工具，它允许我们编写通用的代码，从而提高代码的复用性。模板可以理解为一种通用的模具，通过它我们可以生成特定类型的函数或类。
模板的特点：
-
模板不能直接使用，它只是一个框架，需要根据具体类型进行实例化。
-
模板的通用性并不是万能的，某些特定类型可能需要特殊处理。
2 函数模板
C++中的泛型编程思想主要通过模板来实现。C++提供了两种模板机制：函数模板和类模板。本节主要介绍函数模板的使用。
2.1 函数模板语法
函数模板的作用是建立一个通用函数，其返回值类型和形参类型可以不具体指定，而是用一个虚拟的类型来代表。
语法：
template<typename T>
函数声明或定义解释：
-
template：声明创建模板。 -
typename：表示其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替。 -
T：通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母。
代码案例如下:
#include<iostream>
using namespace std;
// 两个整型交换函数
void swapInt(int& a, int& b)
{
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
// 交换两个浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b)
{
double temp = a;
a = b;
b = temp;
}
// 函数模板
template<typename T> // 声明一个模板，告诉编译器后面代码中紧跟着的T不要报错，T是一个通用数据类型
void Swap(T& a, T& b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
void test01()
{
int a = 1;
int b = 2;
//swapInt(a, b);
//利用函数模板交换
//两种方式使用函数模板
//1、自动类型推导
//Swap(a, b);
//2、显示指定类型
Swap<int>(a, b);
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
double c = 1.1;
double d = 2.2;
swapDouble(c, d);
cout << "c = " << c << endl;
cout << "d = " << d << endl;
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}总结：
-
函数模板利用关键字
template。 -
使用函数模板有两种方式：自动类型推导和显示指定类型。
-
模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化。
2.2 函数模板注意事项
注意事项：
-
自动类型推导必须推导出一致的数据类型
T，才可以使用。 -
模板必须要确定出
T的数据类型，才可以使用。
代码案例如下:
#include<iostream>
using namespace std;
// 函数模板注意事项
// 函数模板
template<typename T> // 声明一个模板，告诉编译器后面代码中紧跟着的T不要报错，T是一个通用数据类型 typename 可以替换成class
void Swap(T& a, T& b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
// 1、自动类型推导，必须推到出一致的数据类型T，才可以使用
void test01()
{
int a = 1;
int b = 2;
// char c = 'c';
Swap<int>(a, b); // 正确
// Swap(a, c); // 错误 推导不出一致的T类型
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
}
// 2、模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
template<class T>
void func()
{
cout<<"func 调用"<<endl;
}
void test02()
{
func<int>();
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}总结：
-
使用模板时必须确定出通用数据类型
T，并且能够推导出一致的类型。
2.3 函数模板案例
案例描述：
-
利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序。
-
排序规则从大到小，排序算法为选择排序。
-
分别利用char数组和int数组进行测试。
代码案例如下:
#include<iostream>
using namespace std;
// 实现通用 对数组进行排序的函数
// 规则 从大到小
// 算法 选择排序
// 测试 int和char
// 交换的函数模板
template<typename T>
void Swap(T &a, T &b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
// 利用选择排序
template<typename T>
void Sort(T arr[], int len)
{
for(int i=0;i<len;i++)
{
int max = i; // 认定最大值的下标
for(int j=i+1; j<len; j++)
{
if(arr[max]<arr[j])
{
// 交换max和i的元素
Swap(arr[max], arr[j]);
}
}
}
}
// 提供打印数组模板
template<class T>
void printArr(T arr[], int len)
{
for(int i=0; i<len; i++)
{
cout<<arr[i]<<" ";
}
cout<<endl;
}
void test01()
{
char charArr[] = "adiuec";
int len = sizeof(charArr)/sizeof(char);
Sort(charArr, len);
cout<<"排序后的char数组如下："<<endl;
printArr(charArr, len);
}
void test02()
{
int intArr[] = {3,8,4,6,7,9,2,0,1,5};
int len = sizeof(intArr)/sizeof(int);
Sort(intArr, len);
cout<<"排序后的int数组如下："<<endl;
printArr(intArr, len);
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}总结： 模板可以提高代码复用。
2.4 普通函数与函数模板的区别
-
普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）。
-
函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换。
-
如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换。
代码案例如下:
#include<iostream>
using namespace std;
// 普通函数与函数模板的区别
// 1.普通函数调用 可以发生隐式类型转换
// 2.函数模板 用自动类型推导，不可以发生隐式类型转换
// 3.函数模板 用显示指定类型，可以发送隐式类型转换
// 普通函数
int Add01(int a, int b)
{
return a+b;
}
// 函数模板
template<class T>
T Add02(T a, T b)
{
return a+b;
}
void test01()
{
int a = 89;
int b = 11;
char c = 'c'; // a 97 c 99
cout<<Add01(a,c)<<endl;
// 自动类型推导 不可以发生隐式类型转换
// cout<<Add02(a,c)<<endl;
// 显示指定类型 可以发生隐式类型转换
cout<< Add02<int>(a,c)<<endl;
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}总结： 建议使用显示指定类型的方式调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T。
2.5 普通函数与函数模板的调用规则
调用规则如下：
-
如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数。
-
可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板。
-
函数模板也可以发生重载。
-
如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板。
代码案例如下:
#include<iostream>
using namespace std;
// 普通函数与函数模板的调用规则
// 1、如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
// 2、可以通过空模板参数列表 强制调用 函数模板
// 3、函数模板可以发生重载
// 4、如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板
void myPrint(int a, int b)
{
cout<<"普通函数的调用"<<endl;
}
template<class T>
void myPrint(T a, T b)
{
cout<<"函数模板的调用"<<endl;
}
// 函数模板可以发生重载
template<class T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
cout<<"函数模板重载的调用"<<endl;
}
void test01()
{
int a = 88;
int b = 12;
// 如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
myPrint(a, b);
// 通过空模板参数列表 强制调用 函数模板
myPrint<>(a, b);
myPrint<>(a, b, 1);
// 如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板
char c1 = 'a';
char c2 = 'b';
myPrint(c1, c2);
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}总结： 既然提供了函数模板，最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性。
2.6 模板的局限性
局限性：
-
模板的通用性并不是万能的。
代码案例如下:
C++提供了模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板。
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
// 模板的局限性
// 模板的通用性并不是万能的, 有些特定数据类型，需要用具体化方式做特殊实现
class Person
{
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
// // 运算符重载
// bool operator==(Person &p)
// {
// if(this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age)
// {
// return true;
// }
// return false;
// }
// 姓名
string m_Name;
// 年龄
int m_Age;
};
// 对比两个数据是否相等
template<class T>
bool Compare(T &a, T &b)
{
if(a==b)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
// 利用具体化Person的版本实现代码，具体化优先调用
template<> bool Compare(Person &p1, Person &p2)
{
if(p1.m_Name==p2.m_Name && p1.m_Age==p2.m_Age)
{
return true;
}
return false;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 25;
bool ret = Compare(a, b);
if(ret)
{
cout<<"两个数字相等"<<endl;
}
else
{
cout<<"两个数字不相等"<<endl;
}
}
void test02()
{
Person p1("约翰", 24);
Person p2("约翰", 25);
bool ret = Compare(p1, p2);
if(ret)
{
cout<<"p1==p2"<<endl;
}
else
{
cout<<"p1!=p2"<<endl;
}
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}总结：
-
利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化问题。
-
学习模板并不是为了写模板，而是在STL中能够运用系统提供的模板。
通过本文的学习，你应该对C++中的函数模板有了更深入的理解。模板是C++中非常强大的工具，熟练掌握它可以大大提高代码的复用性和灵活性。