柚子快報邀請碼778899分享：【C++】模板初階

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?個人主頁: 起名字真南 ?個人專欄:【數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初階】 【C語言】 【C++】

目錄

1 引言2 函數(shù)模板2.1 通過函數(shù)重載的方式實現(xiàn)swap函數(shù)2.2 通用使用函數(shù)模板的方式實現(xiàn)swap函數(shù)2.2.1 函數(shù)模板格式

2.3 函數(shù)模板實現(xiàn)原理2.4 函數(shù)模板的實例化2.4.1 隱式實例化2.4.2 顯示實例化

2.4 函數(shù)模板的特化

3 類模板3.1 類模板的定義格式3.2 類模板的實例化

1 引言

C++ 模板是實現(xiàn)泛型編程的強(qiáng)大工具，允許我們編寫適用于多種數(shù)據(jù)類型的通用代碼。通過模板，我們可以創(chuàng)建函數(shù)和類，而不需要為每種數(shù)據(jù)類型重復(fù)代碼。例如，一個簡單的交換函數(shù)可以通過模板實現(xiàn)，以支持 int、double、string 等不同類型。 模板不僅減少了代碼重復(fù)，還提升了代碼的靈活性和復(fù)用性。接下來，我們將介紹 C++ 中的函數(shù)模板、類模板和模板特化，帶你了解如何用模板編寫高效、通用的代碼。

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模板

函數(shù)模板

類模板

2 函數(shù)模板

函數(shù)模板是 C++ 提供的用于定義通用函數(shù)的一種方式。通過函數(shù)模板，你可以創(chuàng)建一個函數(shù)，使它能夠處理不同類型的數(shù)據(jù)，而不必為每種類型編寫單獨的函數(shù)。

2.1 通過函數(shù)重載的方式實現(xiàn)swap函數(shù)

#include

using namespace std;

void swap(int& x, int& y)

{

int tmp = x;

x = y;

y = tmp;

}

void swap(double& x, double& y)

{

double tmp = x;

x = y;

y = tmp;

}

void swap(char& x, char& y)

{

char tmp = x;

x = y;

y = tmp;

}

我們通過函數(shù)重載的方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型數(shù)據(jù)之間的交換但是還存在一些缺點： 1 ：需要實現(xiàn)的代碼量比較大，需要為每一種類型都編寫一段代碼 2 ：代碼的可擴(kuò)展性比較差，每當(dāng)有新的類型出現(xiàn)都需要手動添加代碼 3： 如果函數(shù)的參數(shù)比較多當(dāng)這些參數(shù)類型可以組合時，可能需要定義大量重載函數(shù)。 4 : 代碼的可維護(hù)性比較差，出現(xiàn)錯誤的時候修改的工程量比較大

2.2 通用使用函數(shù)模板的方式實現(xiàn)swap函數(shù)

2.2.1 函數(shù)模板格式

template

返回值類型 函數(shù)名（參數(shù)列表）

{函數(shù)體}

template

void swap(T& t1, T& t2)

{

T tmp = t1;

t1 = t2;

t2 = tmp;

}

注意模板中的typename是用來定義模板參數(shù)的關(guān)鍵字，可以換成class，（但是切記不能使用struct）

2.3 函數(shù)模板實現(xiàn)原理

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)傳入的實參類型來推演生成對應(yīng)類型的函數(shù)用來調(diào)用。比如當(dāng)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 推演成double類型，然后專門產(chǎn)生一份處理double類型的代碼

2.4 函數(shù)模板的實例化

在 C++ 中，函數(shù)模板的實例化是指在調(diào)用函數(shù)模板時為其指定具體的數(shù)據(jù)類型。編譯器會根據(jù)傳入的參數(shù)類型自動推導(dǎo)出模板參數(shù)類型，或者你也可以顯式地指定類型。

2.4.1 隱式實例化

template

void swap(T& t1, T& t2)

{

T tmp = t1;

t1 = t2;

t2 = tmp;

}

int main()

{

int a = 10;

double b = 20.0;

swap(a, b);

return 0;

}

這里需要注意，如果這樣寫編譯器是無法通過編譯的，因為在函數(shù)模板中兩個參數(shù)是相同的，可是我們在調(diào)用swap函數(shù)的時候傳入的a，b兩個參數(shù)分別是int，double兩種類型，所以我們要知道在進(jìn)行推演的時候是不支持隱式類型轉(zhuǎn)換的 我們有兩個解決方法：

強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換：

int main()

{

int a = 10;

double b = 20.0;

swap(a, (int)b);

return 0;

}

如果我們輸入了這串代碼依舊會報錯這是因為什么呢？（編譯環(huán)境VS2022其他版本可能不會出現(xiàn)這種問題） 出現(xiàn)這個問題的原因也是在發(fā)生在類型推導(dǎo)的過程中的，因為在推導(dǎo)第一個函數(shù)參數(shù)是a的類型是int類型，所以T推演的結(jié)果就是int類型，但是當(dāng)推導(dǎo)第二個類型的時候雖然我們通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換（int）將double類型的變量b轉(zhuǎn)換成了int類型但是編譯器還是會按照他的第一個類型進(jìn)行推演，因為推演的過程發(fā)生在類型轉(zhuǎn)換之前，因為推導(dǎo)的過程是在函數(shù)編譯的階段進(jìn)行的

2.4.2 顯示實例化

int main()

{

int a = 10;

double b = 20.0;

swap(a, b);

return 0;

}

在函數(shù)名后面的<>中指定模板參數(shù)的實際類型，但是如果類型不匹配編譯器依然還是會報錯，報錯的愿意同隱式實例化。

那么我們到底該如何去解決這種問題呢？ 第一種方法 ： 我們將模板參數(shù)的類型從一個增加為兩個：

template

void swap(T1& t1, T2& t2)

{

T1 tmp = t1;

t1 = t2;

t2 = tmp;

}

第二種解決方法：我們就需要函數(shù)模板的特化來解決這種問題

2.4 函數(shù)模板的特化

所謂函數(shù)模板的特化，就是指我們雖然有了一個函數(shù)模板但是為了一些特殊的函數(shù)類型我們將原代碼重新編寫與之對應(yīng)的類型。比如我們上面的swap函數(shù)只能進(jìn)行相同類型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，但是并不能滿足實際的情況所以我重載了一個新的swap函數(shù)，這個新的函數(shù)就叫做特化。

template

void swap(T& t1, T& t2)

{

T tmp = t1;

t1 = t2;

t2 = tmp;

}

void swap(int& x, double& y)

{

int tmp = x;

x = y;

y = tmp;

}

int main()

{

int a = 10;

double b = 20.0;

swap(a, b);

return 0;

}

3 類模板

3.1 類模板的定義格式

template

class 類模板名

{

//類內(nèi)成員定義

};

template

class Stack

{

public:

Stack(size_t capacity = 4)

{

_arr = new T[capacity];

_capacity = capacity;

_size = 0;

}

void Push(const T& data);

private:

T* _arr;

size_t _size;

size_t _capacity;

};

template

void Stack::Push(const T& data)

{

_arr[_size] = data;

++_size;

}

int main()

{

Stack s1;

Stack s2;

s1.Push(1);

s2.Push(2.0);

return 0;

}

運(yùn)行結(jié)果：

3.2 類模板的實例化

類模板的實例化與函數(shù)模板的實例化不同，類模板實例化需要在類名的后面加上<>,然后再里面加上類型，如果缺少就會報錯，不會像函數(shù)模板一樣進(jìn)行推導(dǎo)。

//Stack是類名，Stack才是類型

Stack s1;

Stack s2;

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