C++中模板和STL的示例分析

這篇文章主要介紹了C++中模板和STL的示例分析，具有一定借鑒價(jià)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。

一、模板

對于一個交換函數(shù)，雖然C++支持函數(shù)重載，我們可以對多個交換函數(shù)起相同的名字：

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; 
 }

但是依然有不足的地方，比如如果我們要交換其他類型，比如char或者類類型，那還是得再寫一個交換函數(shù)，這樣原來寫好的其他類型的交換函數(shù)就沒有復(fù)用起來，大大降低了效率。

因此，C++引入了模板的概念，通過模板，即可實(shí)現(xiàn)一份代碼交換不同數(shù)據(jù)。

模板，其實(shí)就是告訴編譯器一個模子，讓編譯器根據(jù)不同的類型利用該模子來生成代碼。

1.1.函數(shù)模板

**泛型編程：**在之前，函數(shù)都是針對某個具體的類型（比如int，char），而泛型則是針對一個廣泛的類型。模板則是泛型編程的基礎(chǔ)。

所以函數(shù)模板的參數(shù)并不是一個具體的類型，只有當(dāng)調(diào)用時(shí)才能確定具體的類型。

其語法為：

//定義模板參數(shù)T可以用typename，也可以使用class
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值類型 函數(shù)名(用泛型指定的參數(shù)列表)
{
}

以交換函數(shù)為例：

template<typename T>
void Swap(T& left, T& right) 
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	double c = 1.1, d = 2.2;
	Swap(a, b);
	Swap(c, d);
	cout << a << " " << b << endl;
	cout << c << " " << d << endl;
}

從反匯編可以看出，這兩個函數(shù)調(diào)用的并不是同一個函數(shù)：

這是因?yàn)楹瘮?shù)模板不是一個實(shí)際的函數(shù)，編譯器不會為其生成可執(zhí)行代碼。當(dāng)調(diào)用函數(shù)模板時(shí)，編譯器會對函數(shù)模板進(jìn)行推演，根據(jù)傳入實(shí)參的類型推出T的類型，然后實(shí)例化出不同類型的函數(shù)。

1.1.1.兩種函數(shù)模板的實(shí)例化

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

1.隱式實(shí)例化

讓編譯器根據(jù)實(shí)參推演模板參數(shù)的實(shí)際類型

當(dāng)有多個類型的實(shí)參而模板參數(shù)列表中只有一個T時(shí)，編譯器將無法推演出T的類型，此時(shí)可以將實(shí)參進(jìn)行類型強(qiáng)轉(zhuǎn)：

有趣的是，強(qiáng)轉(zhuǎn)后需要用const T來接收，因?yàn)閺?qiáng)轉(zhuǎn)后傳入的并不是c，而是c的臨時(shí)變量，這個臨時(shí)變量是具有常屬性的。

2.顯式實(shí)例化

在函數(shù)名后的<>中指定模板參數(shù)的實(shí)際類型

通過這種方式可以不讓編譯器推演類型，而是使用我們指定的類型。

當(dāng)然對于類型不同的參數(shù)也要使用const T來接收。

1.1.2.模板參數(shù)的匹配原則

一個非模板函數(shù)可以和一個同名的函數(shù)模板同時(shí)存在，調(diào)用的時(shí)候如果與非模板函數(shù)匹配，編譯器會優(yōu)先調(diào)用非模板函數(shù)。如果非模板函數(shù)不匹配或者進(jìn)行了實(shí)例化，則會調(diào)用函數(shù)模板。

1.2.類模板

對于一個類的成員變量也可以使用模板，這樣在定義類對象的時(shí)候就可以實(shí)例化出具有不同類型的成員變量和成員函數(shù)的對象了。

如果類模板中函數(shù)放在類外進(jìn)行定義時(shí)，需要加模板參數(shù)列表，否則會找不到T。

模板也不支持分離編譯，建議定義在一個文件中。

以動態(tài)順序表為例：

template<class T>
class Vector
{
public:
	Vector(size_t capacity = 10)
		: _pData(new T[capacity])
		, _size(0)
		, _capacity(capacity)
	{}
	~Vector();
	 //頭插尾插等函數(shù)實(shí)現(xiàn)。。。
	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;
};
//類模板中函數(shù)放在類外進(jìn)行定義時(shí)，需要加模板參數(shù)列表，否則會
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
	if (_pData)
		delete[] _pData;
	_size = _capacity = 0;
}
int main()
{
	Vector<int> s1;
	Vector<double> s2;//實(shí)例化兩個不同的類對象
	return 0;
}

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

二、STL

STL，英文全稱 standard template library，中文可譯為標(biāo)準(zhǔn)模板庫或者泛型庫，其包含有大量的模板類和模板函數(shù)，是 C++ 提供的一個基礎(chǔ)模板的集合，用于完成諸如輸入/輸出、數(shù)學(xué)計(jì)算等功能。

STL有六大組件，但主要包含容器、算法和迭代器三個部分。

容器（Containers）：用來管理某類對象的集合。各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如vector、list、deque、set、map等,用來存放數(shù)據(jù)，從實(shí)現(xiàn)角度來看，STL容器是一種class template。
算法（Algorithms）：用來處理對象集合中的元素，各種常用的算法，如sort、find、copy、for_each。從實(shí)現(xiàn)的角度來看，STL算法是一種function template。
迭代器（Iterators）：用來在一個對象集合的元素上進(jìn)行遍歷動作。扮演了容器與算法之間的膠合劑，共有五種類型，從實(shí)現(xiàn)角度來看，迭代器是一種將operator* , operator-> , operator++, operator–等指針相關(guān)操作予以重載的class template。所有STL容器都附帶有自己專屬的迭代器，只有容器的設(shè)計(jì)者才知道如何遍歷自己的元素。原生指針(native pointer)也是一種迭代器。
仿函數(shù)：行為類似函數(shù)，可作為算法的某種策略。從實(shí)現(xiàn)角度來看，仿函數(shù)是一種重載了operator()的class 或者class template。
適配器：一種用來修飾容器或者仿函數(shù)或迭代器接口的東西。
空間配置器：負(fù)責(zé)空間的配置與管理。從實(shí)現(xiàn)角度看，配置器是一個實(shí)現(xiàn)了動態(tài)空間配置、空間管理、空間釋放的class tempalte。

STL存在以下缺陷：

STL庫的更新太慢了。上一版靠譜是C++98，中間的C++03基本一些修訂。C++11出來已經(jīng)相隔了13年，STL才進(jìn)一步更新。STL現(xiàn)在都沒有支持線程安全。并發(fā)環(huán)境下需要我們自己加鎖。且鎖的粒度是比較大的。STL極度的追求效率，導(dǎo)致內(nèi)部比較復(fù)雜。比如類型萃取，迭代器萃取。STL的使用會有代碼膨脹的問題，比如使用vector/vector/vector這樣會生成多份代碼，當(dāng)然這是模板語法本身導(dǎo)致的。

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