三星智能手表网站,小程序推广网站,建设品牌网站公司,企业电器网站建设方案目录 一、泛型编程二、函数模板2.1 函数模板概念2.2 函数模板格式2.3 函数模板的原理2.4 函数模板的实例化2.5 模板参数的匹配原则 三、类模板3.1 类模板的定义格式3.2 类模板的实例化 四、非类型模板参数五、模板的特化5.1 概念5.2 函数模板特化5.3 类模板特化5.3.1 全特化5.3… 目录 一、泛型编程二、函数模板2.1 函数模板概念2.2 函数模板格式2.3 函数模板的原理2.4 函数模板的实例化2.5 模板参数的匹配原则 三、类模板3.1 类模板的定义格式3.2 类模板的实例化 四、非类型模板参数五、模板的特化5.1 概念5.2 函数模板特化5.3 类模板特化5.3.1 全特化5.3.2 偏特化5.3.3 类模板特化应用示例 六、模板分离编译6.1 什么是分离编译6.2 模板的分离编译6.3 解决方法 七、模板总结结尾 一、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
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
如果在C中也能够存在这样一个模具通过给这个模具中填充不同材料(类型)来获得不同材料的铸件(即生成具体类型的代码那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好我们只需在此乘凉。 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。 二、函数模板
2.1 函数模板概念
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
templatetypename T1, typename T2,…,typename Tn 返回值类型 函数名(参数列表){}
templatetypename Tvoid Swap(T left, T right)
{T temp left;left right;right temp;
}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。 2.4 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。 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
int main()
{int a1 10, a2 20;double d1 10.0, d2 20.0;Add(a1, a2);Add(d1, d2);/*该语句不能通过编译因为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通过实参a1将T推演为int通过实参d1将T推演为double类型但模板参数列表中只有一个T编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错注意在模板中编译器一般不会进行类型转换操作因为一旦转化出问题编译器就需要背黑锅Add(a1, d1);*/// 此时有两种处理方式1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化Add(a1, (int)d1);Add((double)a1, d1);return 0;
}
2. 显式实例化在函数名后的中指定模板参数的实际类型
templateclass T
T Add(const T left, const T right)
{return left right;
}int main()
{int a 10;double b 20.0;// 显式实例化Addint(a, b);return 0;
}如果类型不匹配编译器会尝试进行隐式类型转换如果无法转换成功编译器将会报错。 2.5 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
// 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
templateclass T
T Add(T left, T right)
{return left right;
}int main()
{Add(1, 2); // 与非模板函数匹配编译器不需要特化Addint(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本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
templateclass T1, class T2
T1 Add(T1 left, T2 right)
{return left right;
}int main()
{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
templateclass T1, class T2, ..., class Tn
class 类模板名
{// 类内成员定义
};// 动态顺序表
// 注意Vector不是具体的类是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
templateclass T
class Vector
{
public:Vector(size_t capacity 10): _pData(new T[capacity]), _size(0), _capacity(capacity){}// 使用析构函数演示在类中声明在类外定义。~Vector();void PushBack(const T data)void PopBack()// ...size_t Size() { return _size; }T operator[](size_t pos){assert(pos _size);return _pData[pos];}
private:T* _pData;size_t _size;size_t _capacity;
};
// 注意类模板中函数放在类外进行定义时需要加模板参数列表
template class T
VectorT::~Vector()
{if (_pData)delete[] _pData;_size _capacity 0;
}3.2 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
// Vector类名Vectorint才是类型
Vectorint s1;
Vectordouble s2;四、非类型模板参数
模板参数分类类型形参与非类型形参。 类型形参即出现在模板参数列表中跟在class或者typename之类的参数类型名称。 非类型形参就是用一个常量作为类(函数)模板的一个参数在类(函数)模板中可将该参数当成常量来使用。
namespace aj
{// 定义一个静态数组templateclass T, size_t Nclass Array{T operator[](size_t position){return _arr[position];}const T operator[](size_t position){return _arr[position];}bool empty(){return _size 0;}size_t size(){return _size;}private:T _arr[N];size_t _size;};
}注意 只有整形类型的对象可以作为非类型模版参数浮点数、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的。 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。
五、模板的特化
5.1 概念
通常情况下使用模板可以实现一些与类型无关的代码但对于一些特殊类型的可能会得到一些错误的结果需要特殊处理比如实现了一个专门用来进行小于比较的函数模板
class Date
{
public:// 获取某年某月的天数int GetMonthDay(int year, int month){static int MonthDay[13] { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };if (month 2 ((year % 4 0 year % 100 ! 0) || year % 400 0)){return 29;}return MonthDay[month];}// 全缺省的构造函数Date(int year 1970, int month 1, int day 1):_year(year), _month(month), _day(day){}bool operator(const Date d)const{if (_year d._year){return true;}else if (_year d._year _month d._month){return true;}else if (_year d._year _month d._month _day d._day){return true;}else{return false;}}
private:int _year;int _month;int _day;
};templateclass T
bool Less(const T t1, const T t2)
{return t1 t2;
}int main()
{cout Less(520, 521) endl; // 结果正确Date date1(2023, 8, 8);Date date2(2023, 6, 6);cout Less(date1, date2) endl; // 结果正确Date* p1 new Date(2023, 8, 8);Date* p2 new Date(2023, 6, 6);cout Less(*p1, *p2) endl; // 结果正确// 这里我们需要比较的是指针指向的内容而不是指针本身// 并且由于Date是new出来的并不能保证先new的对象地址一定小// 所以比较的结果是随机的并不是我们所需要的结果cout Less(p1, p2) endl; // 结果错误return 0;
}可以看到Less绝对多数情况下都可以正常比较但是在特殊场景下就得到错误的结果。上述示例中p1指向的d1显然小于p2指向的d2对象但是Less内部并没有比较p1和p2指向的对象内容而比较的是p1和p2指针的地址这就无法达到预期而错误。
此时就需要对模板进行特化。即在原模板类的基础上针对特殊类型所进行特殊化的实现方式。模板特化中分为函数模板特化与类模板特化。
5.2 函数模板特化
函数模板的特化步骤
必须要先有一个基础的函数模板关键字template后面接一对空的尖括号函数名后跟一对尖括号尖括号中指定需要特化的类型函数形参表: 必须要和模板函数的基础参数类型完全相同如果不同编译器可能会报一些奇怪的错误。
class Date
{
public:// 获取某年某月的天数int GetMonthDay(int year, int month){static int MonthDay[13] { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };if (month 2 ((year % 4 0 year % 100 ! 0) || year % 400 0)){return 29;}return MonthDay[month];}// 全缺省的构造函数Date(int year 1970, int month 1, int day 1):_year(year), _month(month), _day(day){}bool operator(const Date d)const{if (_year d._year){return true;}else if (_year d._year _month d._month){return true;}else if (_year d._year _month d._month _day d._day){return true;}else{return false;}}
private:int _year;int _month;int _day;
};templateclass T
bool Less( T t1, T t2)
{return t1 t2;
}// 特化
template
bool LessDate*(Date* t1, Date* t2)
{return *t1 *t2;
}int main()
{cout Less(520, 521) endl; // 结果正确Date date1(2023, 8, 8);Date date2(2023, 6, 6);cout Less(date1, date2) endl; // 结果正确Date* p1 new Date(2023, 8, 8);Date* p2 new Date(2023, 6, 6);cout Less(*p1, *p2) endl; // 结果正确// 这里p1和p2的类型为Date*// 那么调用Less函数时会调用特化后的版本而不会再显示实例化cout Less(p1, p2) endl; // 结果正确return 0;
}注意一般情况下如果函数模板遇到不能处理或者处理有误的类型为了实现简单通常都是将该函数直接给出。
templateclass T
bool Less( T t1, T t2)
{return t1 t2;
}// 特化
template
bool LessDate*(Date* t1, Date* t2)
{return *t1 *t2;
}// 直接给出
bool Less(Date* t1, Date* t2)
{return *t1 *t2;
}该种实现简单明了代码的可读性高容易书写因为对于一些参数类型复杂的函数模板特化时特别给出因此函数模板不建议特化。 5.3 类模板特化
5.3.1 全特化
全特化即是将模板参数列表中所有的参数都确定化。
templateclass T1, class T2
class Class
{
public:Class(){cout Class(T1, T2) endl;}private:T1 _t1;T2 _t2;
};template
class Classdouble , int
{
public:Class(){cout Class(double, int) endl;}private:double _t1;int _t2;
};int main()
{Classint, int c1;Classdouble, int c2;return 0;
}5.3.2 偏特化
偏特化任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本。比如对于以下模板类
templateclass T1, class T2
class Class
{
public:Class(){cout Class(T1, T2) endl;}private:T1 _t1;T2 _t2;
};templateclass T1
class Classdouble, T1
{
public:Class(){cout Class(double, T1) endl;}private:double _t1;int _t2;
};int main()
{Classint, int c1;Classdouble, int c2;return 0;
}偏特化有以下两种表现方式
部分特化 将模板参数类表中的一部分参数特化
templateclass T1, class T2
class Class
{
public:Class(){cout ClassT1, T2 endl;}private:T1 _t1;T2 _t2;
};// 将第一个参数特化为double
templateclass T1
class Classdouble, T1
{
public:Class(){cout Classdouble, T1 endl;}private:double _t1;T1 _t2;
};参数更进一步的限制 偏特化并不仅仅是指特化部分参数而是针对模板参数更进一步的条件限制所设计出来的一个特化版本
templateclass T1 , class T2
class Class
{
public:Class(){cout ClassT1, T2 endl;}private:T1 _t1;T2 _t2;
};templateclass T1
class Classdouble,T1
{
public:Class(){cout Classdouble, T1 endl;}private:double _t1;T1 _t2;
};templateclass T1, class T2
class ClassT1* , T2*
{
public:Class(){cout ClassT1*, T2* endl;}private:T1 _t1;T2 _t2;
};templateclass T1, class T2
class ClassT1, T2
{
public:Class(const T1 t1 , const T2 t2):_t1(t1),_t2(t2){cout ClassT1 ,T2 endl;}private:const T1 _t1;const T2 _t2;
};int main()
{Classint, int c1; // 调用基本的类模版Classdouble, int c2; // 调用特化double的类模版Classdouble*, double* c3; // 调用特化为指针版本的类模版Classint, int c4(1,2); // 调用特化为引用版本的类模版return 0;
}5.3.3 类模板特化应用示例
有如下专门用来按照小于比较的类模板Less
#include algorithm
#include vectorclass Date
{
public:// 获取某年某月的天数int GetMonthDay(int year, int month){static int MonthDay[13] { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };if (month 2 ((year % 4 0 year % 100 ! 0) || year % 400 0)){return 29;}return MonthDay[month];}// 全缺省的构造函数Date(int year 1970, int month 1, int day 1):_year(year), _month(month), _day(day){}bool operator(const Date d)const{if (_year d._year){return true;}else if (_year d._year _month d._month){return true;}else if (_year d._year _month d._month _day d._day){return true;}else{return false;}}
private:int _year;int _month;int _day;
};templateclass T
struct Less
{bool operator()(const T t1, const T t2)const{return t1 t2;}
};int main()
{Date d1(2000, 1, 1);Date d2(1949, 10, 1);Date d3(2023, 8, 8);vectorDate v;v.push_back(d1);v.push_back(d2);v.push_back(d3);sort(v.begin(), v.end(), LessDate());Date* p1 new Date(2000, 1, 1);Date* p2 new Date(1949, 10, 1);Date* p3 new Date(2023, 8, 8);vectorDate* vv;vv.push_back(p1);vv.push_back(p2);vv.push_back(p3);sort(vv.begin(), vv.end(), LessDate*());return 0;
}上述代码使用sort排序Date对象时可以正常完成但是由于后面Date对象是new出来的并不会因为先new地址就会小所以使用sort排序时会按照指针的大小进行排序那么结果就是错误的。可以使用类模版特化来解决该问题。 templateclass T
struct Less
{bool operator()(const T t1, const T t2)const{return t1 t2;}
};// 只要是Date类型的指针就解引用再进行比较
template
struct LessDate*
{bool operator()(Date* t1, Date* t2)const{return *t1 *t2;}
};// 只要是指针就进行解引用再进行比较
templateclass T
struct LessT*
{bool operator()(T* t1,T* t2)const{return *t1 *t2;}
};六、模板分离编译
6.1 什么是分离编译
一个程序项目由若干个源文件共同实现而每个源文件单独编译生成目标文件最后将所有目标文件链接起来形成单一的可执行文件的过程称为分离编译模式。 6.2 模板的分离编译
假如有以下场景模板的声明与定义分离开在头文件中进行声明源文件中完成定义
// a.h
templateclass T
T Add(const T left, const T right);// a.cpp
templateclass T
T Add(const T left, const T right)
{return left right;
}
// main.cpp
#includea.h
int main()
{Add(1, 2);Add(1.0, 2.0);return 0;
}6.3 解决方法
将声明和定义放到一个文件 “xxx.hpp” 里面或者xxx.h其实也是可以的。推荐使用这种。模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用不推荐使用。 七、模板总结
【优点】
模板复用了代码节省资源更快的迭代开发C的标准模板库(STL)因此而产生增强了代码的灵活性
【缺陷】
模板会导致代码膨胀问题也会导致编译时间变长出现模板编译错误时错误信息非常凌乱不易定位错误 结尾
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