程序员成长之旅——模板初阶
- 泛型编程
- 函数模板
- 函数模板的概念
- 函数模板的格式
- 函数模板的原理
- 函数模板的实例化
- 模板参数的匹配原则
- 类模板
泛型编程
如何实现一个通用的加法函数呢?
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
double Add(double left, double right)
{
return left + right;
}
short Add(short left, short right)
{
return left + right;
}
我们首先想到的一定是函数重载,可是这样我们是要不停的维护的,总的来说有以下两大缺点:
- 重载的函数仅仅只是类型不同,代码的复用率比较低,只要有新类型出现时,就需要增加对应的函数
- 代码的可维护性比较低,一个出错可能所有的重载均出错
那能否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呢?
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。
函数模板
函数模板的概念
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。
函数模板的格式
template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}
template<typename T>
//template<class T>
T Add(T left, T right)
{
cout << typeid(right).name() << endl;//看right的类型
return left + right;
}
注意:typename是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)
函数模板的原理
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,将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。
int main()
{
//隐式的实例化
//在编译代码期间,必须推演实参的类型来确定模板参数列表中的T,根据确定的T的结果来生成代码
//没有明确指定类型 Add(1.0,1) 编译器不会进行隐式类型转换
cout<<Add(1, 2)<<endl;
cout << Add(1.2, 2.3) << endl;
cout << Add((double)1, 2.0) << endl;
//显示实例化:明确指定T的类型为double
//尝试进行隐式类型转换,如果转换成功生成代码
//如果转换失败,就报错
cout << Add<double>(1, 2.0) << endl;
//Add<double>("hello", 1.2);
return 0;
}
模板参数的匹配原则
一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在,而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数
//函数模板和函数是可以同时存在的,但是调用先调用函数
template<typename T>
//template<class T>
T Add(T left, T right)
{
cout << typeid(right).name() << endl;//看right的类型
return left + right;
}
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
int main()
{
Add(1, 2);//调用用户自己写的函数
Add(1, 2.0);//调用函数模板
Add<>(1, 2); //调用函数模板 隐式类型的实例化
return 0;
}
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;
}
void Test()
{
Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配,不需要函数模板实例化
Add(1, 2.0); // 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
}
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
类模板
类模板定义格式
template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};
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。
typedef int DataType;
template<typename T>
class SeqList//SeqList 不是类型 只是类模板的名字
//要定义对象 必须实例化(按照所需操作的类型实例化)
{
public:
SeqList(size_t capacity = 10)
:_array(new T[capacity])
, _capacity(capacity)
, _size(0)
{
}
//拷贝构造函数
//赋值运算符的重载
//析构函数
~SeqList()
{
if (_array)
{
delete[] _array;
_array = nullptr;
_capacity = _size = 0;
}
}
void PushBack(const T& data);
void PopBack();
//顺序表不适合头部的插入和删除 时间复杂度都是O(n)
T& operator [](size_t index)//下标运算符的重载
{
assert(index < _size);
return _array[index];
}
const T& operator [](size_t index)const//下标运算符的重载
{
assert(index < _size);
return _array[index];
}
void CheckCapacity()
{
if (_size == _capacity)
{
//申请新空间
size_t newCapacity = _capacity * 2;
T* temp = new T[newCapacity];
//拷贝元素
for (size_t i = 0; i < _size; ++i)
{
temp[i] = _array[i];
}
//释放旧空间
delete[] _array;
_array = temp;
_capacity = newCapacity;
}
}
size_t Size()const
{
return _size;
}
private:
T* _array;
size_t _capacity;
size_t _size;
};
template<class T>
void SeqList<T>::PushBack(const T& data)
{
CheckCapacity();
_array[_size++] = data;
}
template<class T>
void SeqList<T>::PopBack()
{
--_size;
}
int main()
{
//SeqList是类名 SeqList<int>才是类型
SeqList<int> s1;
s1.PushBack(1);
s1.PushBack(2);
s1.PushBack(3);
s1.PushBack(4);
s1.PushBack(5);
s1.PushBack(6);
s1.PushBack(7);
cout << s1.Size() << endl;
cout << s1[5] << endl;
s1[5] = 50;
s1.PopBack();
cout << s1.Size() << endl;
SeqList<double> s2;
s2.PushBack(1.0);
return 0;
}
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