C++提高编程---1.1 函数模板【P167~P173】

C++提高编程---1 模板【P167~P184】

• 1 模板
• • 1.1 函数模板
  • • 1.1.1 函数模板语法
    • 1.1.2 函数模板注意事项
    • 1.1.3 函数模板案例
    • 1.1.4 普通函数与函数模板区别
    • 1.1.5 普通函数与函数模板的调用规则
    • 1.1.6 模板的局限性

【C++ 提高编程主要针对 C++ 泛型编程和 STL技术作详细讲解，探讨C++更深层次的应用】

1 模板

模板就是建立通用的模具，大大提高复用性。

模板的特点：

• 模板不可以直接使用，只是一个框架；
• 模板虽然具有通用性，但并不是万能的。

1.1 函数模板

• C++ 另一种编程思想被称为泛型编程，主要利用的技术就是模板
• C++ 提供两种模板机制：函数模板和类模板

1.1.1 函数模板语法

函数模板作用：

建立一个通用的函数，其函数返回值类型和形参类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。

实现整型、浮点型数据交换函数如下：

# include<iostream>
using namespace std;

// 函数模板
// 交换两个整型函数
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;
}

void test01()
{
	int a = 20;
	int b = 10;
	swapInt(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;
}
           

虽然上述代码可以实现相应的功能，但是如果让你实现所有数据类型的交换实现呢？显然一个个都实现出来是太 low 的，更何况还会有用户自己定义的数据类型，想要全部实现的话就会显得力不从心了。

通过观察交换整型交换浮点型函数可以发现，两函数存在区别的地方在于数据类型，而代码实现都是一样的，因此，我们可以先将数据类型部分用一个大写字母（比如T）来表示它，后期使用的时候再告诉这个数据类型具体应该是什么。

下面是函数模板实现方式：

# include<iostream>
using namespace std;

// 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是一个通用的数据类型
void mySwap(T &a, T &b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
// 利用函数模板实现交换
void test02()
{
	// 两种方式实现函数模板调用
	// 1、自动类型推导
	int a = 20;
	int b = 10;
	mySwap(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;

	// 2、显示指定类型
	double c = 1.1;
	double d = 2.2;
	mySwap<double>(c, d);
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << "d = " << d << endl;
}

int main()
{
	test02();
	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、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。

1.1.2 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

1.1.3 函数模板案例

# include<iostream>
using namespace std;

// 交换函数模板
template<class T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

template<class T>
void mySort(T arr[],int len)
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		int max = i;
		for (int j = i + 1; j < len; j++)
		{
			if (arr[max] < arr[j])
			{
				max = j;
			}
		}
		if (max != i)
		{
			mySwap(arr[max], arr[i]);
		}
	}

}

// 提供打印数组模板
template <class T>
void printArray(T arr[], int len)
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test01()
{
	// 测试 char 数组
	char charArr[] = "badcfe";
	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
	mySort(charArr, num);
	printArray(charArr, num);
}
void test02()
{
	// 测试 int 数组
	int intArr[] = {7, 5, 1, 3, 9, 2, 4, 6, 8};
	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
	mySort(intArr, num);
	printArray(intArr, num);
}

int main()
{
	test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}
           

1.1.4 普通函数与函数模板区别

自动类型转换==隐式类型转换

1、普通函数调用时可以发生隐式类型转换

# include<iostream>
using namespace std;
 // 普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{
	return a + b;
}
void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	cout << myAdd01(a, b) << endl;

	char c = 'a';
	cout << myAdd01(a, c) << endl;
}

int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}
           

可以看到，当输入参数是 char 型变量时，程序也能正常运行，是在运算过程中隐式地将字符型变量转换成了整型变量（对应的 Ascall 码）去计算。

2、函数模板在使用自动类型推导的时候不可以发生隐式类型转换，而在利用指定类型的方式，可以发生隐式类型转换

可以发现函数模板在使用自动类型推导时报错，而采用指定类型方式不报错。

1.1.5 普通函数与函数模板的调用规则

# include<iostream>
using namespace std;
// 普通函数
void myPrint(int a, int b)
{
	cout << "调用的普通函数" << endl;
}
// 函数模板
template<class T>
void myPrint(T a, T b)
{
	cout << "调用的函数模板" << endl;
}

// 重载的函数模板
template<class T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
	cout << "调用的重载的函数模板" << endl;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	// 1、如果普通函数和函数模板都可以实现，那么优先调用普通函数
	myPrint(a, b);
	// 2、可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
	myPrint<>(a, b);
	// 3、函数模板也可以发生函数重载
	myPrint(a, b, 100);
	// 4、如果函数模板可以产生更好的匹配，那么优先调用函数模板
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'c';
	myPrint(c1, c2);
	/*
		我们知道虽然普通函数可以发生隐式类型转换，但是这里函数模板更加匹配，不用再进行隐式类型转换了，所以优先调用函数模板
	*/
}


int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}
           

总结：既然已经提供了函数模板，最好就不要再提供普通函数了，否则容易出现二义性

1.1.6 模板的局限性

局限性：模板的通用性不是万能的！！

因此，C++ 为了解决这种问题，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>
# include<string>
using namespace std;

class Person
{
public:
	Person(string name, int age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	string m_Name;
	int m_Age;
};

// 模板局限性
// 模板不是万能的，有些特定的数据类型，还需要用具体化方式做特殊实现

template<class T>
bool myCompare(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 myCompare(Person &p1, Person &p2)
{
	if (p1.m_Name == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;

	bool ret = myCompare(a, b);

	if (ret)
	{
		cout << "a == b" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a != b" << endl;
	}
}

void test02()
{
	Person p1("Tom", 10);
	Person p2("Tom", 10);
	bool ret = myCompare(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；
• 学习模板不是为了写模板，而是在 STL 能够运用系统提供的模板。