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C++中的利器——模板

news 来源：原创 2024/5/2 10:28:19

前文

本文主要是讲解一下C++中的利器——模板，相信铁子们在学完这一节后，写代码会更加的得心应手，更加的顺畅。

一，泛型编程

想要学习模板，我们要先了解为什么需要模板，我们可以看看下面这个程序。

int add(int& a, int& b)
{
    return a + b;
}
double add(double& a, double& b)
{
    return a + b;
}

看看上面的程序，通过函数重载，我们实现了不同类型的add函数，但是否有些麻烦呢，这些函数只是类型不同，而每增加一个新类型我们就要在写一个函数，而且一个出错，可能所有的函数都出错。
而我们C++的老祖宗也想到了这个问题，于是模板就应运而生了。
通过模板来实现我们的需求可以称为泛型编程。
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。模型是泛型编程的基础

二，函数模板

2.1 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。

2.2函数模板格式

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

template<typename A>
A add(A& a, A& b)
{
    return a + b;
}

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)

2.3 函数模板的原理

函数模板不是一个实在的函数，编译器不能为其生成可执行代码。定义函数模板后只是一个对函数功能框架的描述，当它具体执行时，将根据传递的实际参数决定其功能。所以其实就是将我们重复做的事情交给了编译器，当然要是怕累着编译器也可以自己实现，haha。

template<typename A>
A add(A& a, A& b)
{
    return a + b;
}
int main()
{
    int a = 1, b = 2;
    add(a, b);

    double c = 3.3, d = 4.4;
    add(c, d);

    return 0;
}

如以上程序调用方式如下

当我们调试的时候调到反汇编，我们可以发现int型的和double型所调用的函数是不一样的，由此我们也可以论证，编译器根据模板创建出对应函数以供使用，在这个过程中模板起到了一个蓝图的作用，而具体的建造材料则由我们传过去的参数决定。
而这个建造的过程一般是在编译器编译阶段，对于函数模板的使用，编译器会根据传入的实参类型来推演出对应类型的函数以供使用。比如：当用double类型使用函数模板add时，编译器通过对参数类型的推演，将A确定为double型创造函数。

2.4 函数模板的实例化

用不同类型的参数调用函数模板，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化和显示实例化

1.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<typename A>
A add(A& a, A& b)
{
    return a + b;
}
int main()
{
    //下面两个是比较典型的隐式实例化
    int i1 = 1, i2 = 2;
    add(i1, i2);

    double d1 = 3.3, d2 = 4.4;
    add(d1, d2);
    //那么下面这种情况呢
    //add(i1,d1) add(i2,d2)
    //这种情况下，编译器会根据实参i1将A推演为int
    //通过实参d1将A推演为double型
    //此时编译器不知道用那个，就会报错
    //那么怎么解决这种情况呢
    //1.强制转化
    add(i1, (int)d1);
    add((double)i2, d2);
    //2.显示实例化
    return 0;
}

2.显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

2.5 模板参数的匹配规则

一个非模板函数可以和一个同名函数模板同时出现，而且该函数模板还可以被实例化成这个非模板函数

int add(int& a, int& b)
{
    return a + b;
}
template<typename A>
A add(A& a, A& b)
{
    return a + b;
}
int main()
{
    add(1, 2);
    //此时会优先调用非模板函数
    //因为跳过模板实例化的过程效率更高
    
    add(int)(1, 2);//通过实例化模板，
    //也可以实例化出这个非模板函数
    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

int add(int& a, int& b)
{
    return a + b;
}
template<typename A>
A1 add(A1& a, A2& b)
{
    return a + b;
}
int main()
{
    add(1, 2);//完全匹配非模板函数
    //不会在进行模板实例化，而是直接选择非模板函数
    add(1, 1.1);//与非模板函数不匹配，
    //模板函数会根据参数生成更加匹配的函数
    return 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

三,类模板

3.1 类模板的定义格式

定义格式

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

template<class A>
class Stack
{
public:
    Stack(int capaicty = 4)
    {
        _a = new A[capaicty];
        _size = 0;
        _capaicty = capaicty;
    }
    ~Stack()
    {
        delete[] _a;
        _size = _capaicty = 0;
    }
private:
    A* _a;
    int _size;
    int _capaicty;
};
int main()
{
    //通过类模板，我们可以同时创建int和double类型的栈
    Stack <int>st1;
    Stack <double>st2;
    return 0;

}