?C++模板template原理是什么

本篇內(nèi)容介紹了“ C++模板template原理是什么”的有關(guān)知識，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

前言

 在學(xué)習(xí)模板之前我們首先要了解泛型編程。泛型編程是一種編程風(fēng)格，其中算法以盡可能抽象的方式編寫，而不依賴于將在其上執(zhí)行這些算法的數(shù)據(jù)形式。泛型編程只編寫與類型無關(guān)的通用代碼，是代碼復(fù)用的一種手段。本節(jié)學(xué)習(xí)的模板是泛型編程的基礎(chǔ)。

模板分為：函數(shù)模板和類模板

1. 函數(shù)模板

1.1函數(shù)模板的概念

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(guān)，在使用時被參數(shù)化，根據(jù)實(shí)參類型產(chǎn)生函數(shù)的特定類型版本。

1.2函數(shù)模板的格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

返回值類型函數(shù)名(參數(shù)列表){}

//函數(shù)模板
void Swap(T& left, T& right)
{
T tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}

其中typename是用來定義模板參數(shù)的關(guān)鍵字，也可以使用class.(但是不能使用struct代替class).

1.3 函數(shù)模板的原理

函數(shù)模板是一個藍(lán)圖，其本身并不是函數(shù)，是編譯器用使用方式產(chǎn)生特定具體類型函數(shù)的模具，所以其實(shí)模板就是將本來應(yīng)該我們做的重復(fù)的事情交給了編譯器。

我們以Swap()交換函數(shù)來進(jìn)行舉例。如何實(shí)現(xiàn)一個通用的交換函數(shù)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;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 1;
double c = 2.2;
double d = 3.3;
Swap(a, b);
Swap(c, d);
return 0;
}

在這段代碼中，我們使用到了函數(shù)重載，但是仍然有幾個不好的地方：

• 1、重載的函數(shù)僅僅是類型不同，代碼復(fù)用率比較低，只要有新的類型出現(xiàn)時，就需要我們自己新增對應(yīng)的函數(shù)。

• 2、代碼的可維護(hù)行比較低，一個出錯可能所有的重載均出錯。

因此，介于上面可能發(fā)生的問題，C++便使用函數(shù)模板來解決這個問題。

根據(jù)上面的模板結(jié)構(gòu)，Swap()函數(shù)用模板的方法來寫如下所示：

//Swap()函數(shù)
//template<typename T>
template<class T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}

我們使用模板解決了以上兩個問題。其中，編譯器對特定具體類型的函數(shù)會調(diào)用相對應(yīng)類型的Swap函數(shù)。

在編譯器編譯階段，對于模板函數(shù)的使用，編譯器需要根據(jù)傳入的實(shí)參類型來推演生成對應(yīng)類型的函數(shù)以供調(diào)用。

比如：當(dāng)用int類型使用函數(shù)模板時，編譯器通過對實(shí)參類型的推演，將T確定為int類型，然后產(chǎn)生一份專門處理int類型的代碼，對于其他類型也是如此

1.4 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，成為函數(shù)模板的實(shí)例化。模板參數(shù)實(shí)例化分為：隱式實(shí)例化和顯式實(shí)例化。

1.4.1 隱式實(shí)例化

隱式實(shí)例化是讓編譯器根據(jù)實(shí)參推演模板參數(shù)的實(shí)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 = 20.0, d2 = 10.0;
Add(a1, a2);
Add(d1, d2);
return 0;
}

其中Add(a1,a2)和Add(d1,d2)就是隱式實(shí)例化。編譯器會根據(jù)實(shí)參推演模板參數(shù)的實(shí)際類型。 

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10;
double d1 = 20.0;
Add(a1, d1);
return 0;
}

注意：上述代碼是不能通過編譯的，因?yàn)樵诰幾g期間，當(dāng)編譯器看到該實(shí)例化時，需要推演其實(shí)參類型來確定模板參數(shù)的具體類型，但是通過實(shí)參a1將T推演為int，通過實(shí)參d1將T推演為double，由于模板參數(shù)列表中只有一個T，因此編譯器無法確定到底該將T確定為int或者是double類型，從而會報錯。（在模板中，編譯器一般不會進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換的操作）

此時可以用兩種處理方式：

• 1、用戶自己來強(qiáng)制轉(zhuǎn)換

• 2、使用顯式實(shí)例化

int main()
{
int a1 = 10;
double d1 = 20.0;
Add(a1, (int)d1);//用戶自己來強(qiáng)制轉(zhuǎn)換
return 0;
}

1.4.2 顯式實(shí)例化

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。

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10;
double d1 = 20.0;
Add<int>(a1, d1);//顯示實(shí)例化成int
Add<double>(a1, d1);//顯示實(shí)例化成double
return 0;
}

如果類型不匹配，編譯器會嘗試進(jìn)行隱式類型轉(zhuǎn)換，如果無法轉(zhuǎn)換成功編譯器將會報錯。

1.5 模板參數(shù)的匹配原則

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

// 專門處理int的加法函數(shù)
int Add(int left, int right) {
return left + right;
}
// 通用加法函數(shù)
template<class T> T Add(T left, T right) {
return left + right;
}
int main()
{
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(diào)用編譯器特化的Add版本
return 0;
}

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

// 專門處理int的加法函數(shù)
int Add(int left, int right) {
return left + right;
}
// 通用加法函數(shù)
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right) {
return left + right;
}
int main()
{
//與非函數(shù)模板類型完全匹配，不需要函數(shù)模板實(shí)例化
Add(1, 2);
//模板函數(shù)可以生成更加匹配的版本
//編譯器根據(jù)實(shí)參生成更加匹配的Add函數(shù)
Add(1, 2.0);
return 0;
}

3. 模板函數(shù)不允許自動類型轉(zhuǎn)換，但普通函數(shù)可以進(jìn)行自動類型轉(zhuǎn)換

2. 類模板

2.1 類模板的定義格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 類模板名
{
// 類內(nèi)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(shí)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(gòu)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(jìn)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;
}

2.2 類模板的實(shí)例化

類模板實(shí)例化與函數(shù)實(shí)例化不同，類模板實(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。

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

“ C++模板template原理是什么”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識可以關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章！