C++泛型編程基本概念的示例分析

這篇文章主要介紹了C++泛型編程基本概念的示例分析，具有一定借鑒價值，感興趣的朋友可以參考下，希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲，下面讓小編帶著大家一起了解一下。

1.什么是泛型編程？

比如說，我們如何實現(xiàn)一個通用的交換函數(shù)呢？int型、double型、char型的交換

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;
}
......

雖然我們可以使用函數(shù)重載來實現(xiàn)，但是有一下幾個不好的地方：

（1）重載的函數(shù)僅僅只是類型不同，代碼的復用率比較低，當新類型出現(xiàn)時，就需要增加對應的函數(shù)。

（2）代碼的可維護性比較低，一個出錯可能所有的重載均出錯。

泛型編程：編寫與類型無關的通用代碼，是代碼復用的一種手段。

模板是泛型編程的基礎。包括函數(shù)模板和類模板。

前面我們介紹的vector,list,map都是一種數(shù)據(jù)結構容器，

容器本身的存儲結構不同，各容器中存在的數(shù)據(jù)類型也可以不同。

但我們在訪問這些容器中數(shù)據(jù)時，擁有相同的方式。

這種方式就叫做“泛型編程”，顧名思義，不同的類型采用相同的方式來操作。

2.函數(shù)模板

(1)函數(shù)模板概念

函數(shù)模板代表了一個函數(shù)家族，該函數(shù)模板與類型無關，在使用時被參數(shù)化，根據(jù)實參類型產生函數(shù)的特定類型版本。

(2)函數(shù)模板格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值類型 函數(shù)名(參數(shù)列表){}
//typename是用來定義模板參數(shù)關鍵字，也可以使用class(切記：不能使用struct代替class)

template<typename T>
void Swap(T& left , T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

(3)函數(shù)模板的原理

函數(shù)模板是一個藍圖，它本身并不是函數(shù)，是編譯器通過使用方式產生特定具體類型函數(shù)的模具。所以其實模板就是將本來應該我們做的重復的事情交給了編譯器。

在編譯器編譯階段，對于函數(shù)模板的使用，編譯器需要根據(jù)傳入的實參類型來推演生成對應類型的函數(shù)以供調用。比如：當用double類型使用函數(shù)模板時，編譯器通過對實參類型的推演，將T確定為double類型，然后產生一份專門處理double類型的代碼，對于字符類型也是如此。

(4)函數(shù)模板的實例化

用不同類型的參數(shù)使用函數(shù)模板時，稱為函數(shù)模板的實例化。

模板參數(shù)實例化分為：隱式實例化和顯式實例化。

1)隱式實例化：讓編譯器根據(jù)實參推演模板參數(shù)的實際類型

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);
/*
Add(a1, d1);
該語句不能通過編譯，因為在編譯期間，當編譯器看到該實例化時，需要推演其實參類型
通過實參a1將T推演為int，通過實參d1將T推演為double類型，但模板參數(shù)列表中只有一個T，
編譯器無法確定此處到底該將T確定為int 或者 double類型而報錯
注意：在模板中，編譯器一般不會進行類型轉換操作，因為一旦轉化出問題，編譯器就需要背黑鍋
*/
// 此時有兩種處理方式：1. 用戶自己來強制轉化 2. 使用顯式實例化
Add(a1, (int)d1);
return 0;
}

2)顯式實例化：在函數(shù)名后的<>中指定模板參數(shù)的實際類型

int main(void)
{
	int a = 10;
	double b = 20.0;
	// 顯式實例化
	Add<int>(a, b);
	return 0;
	//如果類型不匹配，編譯器會嘗試進行隱式類型轉換，如果無法轉換成功編譯器將會報錯。
}

(5)模板參數(shù)的匹配原則

1）一個非模板函數(shù)可以和一個同名的模板函數(shù)同時存在，而且該函數(shù)模板還可以被實例化為這個非模板函數(shù)。

int Add(int left, int right)  // 專門處理int的加法函數(shù)
{
	return left + right;
}
template<class T>  // 通用加法函數(shù)
T Add(T left, T right)
{
	return left + right;
}
void Test()
{
	Add(1, 2); // 與非模板函數(shù)匹配，編譯器不需要特化
	Add<int>(1, 2); // 調用編譯器特化的Add版本
}

2）對于非模板函數(shù)和同名模板函數(shù)，如果其他條件都相同，在調動時會優(yōu)先調用非模板函數(shù)而不會從該模板產生出一個實例。如果模板可以產生一個具有更好匹配的函數(shù)， 那么將選擇模板。

int Add(int left, int right)  // 專門處理int的加法函數(shù)
{
	return left + right;
}
template<class T1, class T2>  // 通用加法函數(shù)
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
	return left + right;
}
void Test()
{
Add(1, 2); // 與非函數(shù)模板類型完全匹配，不需要函數(shù)模板實例化
Add(1, 2.0); // 模板函數(shù)可以生成更加匹配的版本，編譯器根據(jù)實參生成更加匹配的Add函
數(shù)
}

3.類模板

(1)類模板的定義格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 類模板名
{
	// 類內成員定義
};

// 動態(tài)順序表
// 注意：Vector不是具體的類，是編譯器根據(jù)被實例化的類型生成具體類的模具
template<class T>
class Vector
{
public :
	Vector(size_t capacity = 10)
	: _pData(new T[capacity])
	, _size(0)
	, _capacity(capacity)
{}
// 使用析構函數(shù)演示：在類中聲明，在類外定義。
	~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：類模板中函數(shù)放在類外進行定義時，需要加模板參數(shù)列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
	if(_pData)
	delete[] _pData;
	_size = _capacity = 0;
}

(2)類模板的實例化

類模板實例化與函數(shù)模板實例化不同，類模板實例化需要在類模板名字后跟<>，然后將實例化的類型放在<>中即可，類模板名字不是真正的類，而實例化的結果才是真正的類。

// Vector類名，Vector<int>才是類型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

感謝你能夠認真閱讀完這篇文章，希望小編分享的“C++泛型編程基本概念的示例分析”這篇文章對大家有幫助，同時也希望大家多多支持億速云，關注億速云行業(yè)資訊頻道，更多相關知識等著你來學習!