C++模板template用法小结(推荐)

发布时间：2020-10-16 06:19:06 作者：杨小平
来源：脚本之家阅读：125

引言

模板（Template）指C++程序设计设计语言中采用类型作为参数的程序设计，支持通用程序设计。C++ 的标准库提供许多有用的函数大多结合了模板的观念，如STL以及IO Stream。

函数模板

在c++入门中，很多人会接触swap(int&, int&)这样的函数类似代码如下:

void swap(int&a , int& b) {
 int temp = a;
 a = b;
 b = temp;
}

但是如果是要支持long,string,自定义class的swap函数,代码和上述代码差不多，只是类型不同，这个时候就是我们定义swap的函数模板,就可以复用不同类型的swap函数代码，函数模板的声明形式如下:

template <class identifier> function_declaration;
template <typename identifier> function_declaration;

swap函数模板的声明和定义代码如下:

//method.h
template<typename T> void swap(T& t1, T& t2);
#include "method.cpp"

//method.cpp

template<typename T> void swap(T& t1, T& t2) {
 T tmpT;
 tmpT = t1;
 t1 = t2;
 t2 = tmpT;
}

上述是模板的声明和定义了，那模板如何实例化呢，模板的实例化是编译器做的事情，与程序员无关，那么上述模板如何使用呢，代码如下:

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "method.h"
int main() {
 //模板方法 
 int num1 = 1, num2 = 2;
 swap<int>(num1, num2);
 printf("num1:%d, num2:%d\n", num1, num2); 
 return 0;
}

这里使用swap函数，必须包含swap的定义，否则编译会出错，这个和一般的函数使用不一样。所以必须在method.h文件的最后一行加入#include "method.cpp"。

类模板

考虑我们写一个简单的栈的类，这个栈可以支持int类型，long类型，string类型等等，不利用类模板，我们就要写三个以上的stack类，其中代码基本一样，通过类模板，我们可以定义一个简单的栈模板，再根据需要实例化为int栈，long栈，string栈。

//statck.h
template <class T> class Stack {
 public:
  Stack();
  ~Stack();
  void push(T t);
  T pop();
  bool isEmpty();
 private:
  T *m_pT;  
  int m_maxSize;
  int m_size;
};
#include "stack.cpp"
//stack.cpp
template <class T> Stack<T>::Stack(){
 m_maxSize = 100;  
 m_size = 0;
 m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T> Stack<T>::~Stack() {
 delete [] m_pT ;
}
template <class T> void Stack<T>::push(T t) {
 m_size++;
 m_pT[m_size - 1] = t;
}
template <class T> T Stack<T>::pop() {
 T t = m_pT[m_size - 1];
 m_size--;
 return t;
}
template <class T> bool Stack<T>::isEmpty() {
 return m_size == 0;
}

上述定义了一个类模板--栈，这个栈很简单，只是为了说明类模板如何使用而已，最多只能支持100个元素入栈，使用示例如下:

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
int main() {
 Stack<int> intStack;
 intStack.push(1);
 intStack.push(2);
 intStack.push(3);
 
 while (!intStack.isEmpty()) {
  printf("num:%d\n", intStack.pop());
 }
 return 0;
}

模板参数

模板可以有类型参数，也可以有常规的类型参数int，也可以有默认模板参数，例如

template<class T, T def_val> class Stack{...}

上述类模板的栈有一个限制，就是最多只能支持100个元素，我们可以使用模板参数配置这个栈的最大元素数,如果不配置，就设置默认最大值为100，代码如下:

//statck.h
template <class T,int maxsize = 100> class Stack {
 public:
  Stack();
  ~Stack();
  void push(T t);
  T pop();
  bool isEmpty();
 private:
  T *m_pT;  
  int m_maxSize;
  int m_size;
};
#include "stack.cpp"
//stack.cpp
template <class T,int maxsize> Stack<T, maxsize>::Stack(){
 m_maxSize = maxsize;  
 m_size = 0;
 m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T,int maxsize> Stack<T, maxsize>::~Stack() {
 delete [] m_pT ;
}
template <class T,int maxsize> void Stack<T, maxsize>::push(T t) {
 m_size++;
 m_pT[m_size - 1] = t;
}
template <class T,int maxsize> T Stack<T, maxsize>::pop() {
 T t = m_pT[m_size - 1];
 m_size--;
 return t;
}
template <class T,int maxsize> bool Stack<T, maxsize>::isEmpty() {
 return m_size == 0;
}

使用示例如下:

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
int main() {
 int maxsize = 1024;
 Stack<int,1024> intStack;
 for (int i = 0; i < maxsize; i++) {
  intStack.push(i);
 }
 while (!intStack.isEmpty()) {
  printf("num:%d\n", intStack.pop());
 }
 return 0;
}

模板专门化

当我们要定义模板的不同实现，我们可以使用模板的专门化。例如我们定义的stack类模板，如果是char*类型的栈，我们希望可以复制char的所有数据到stack类中，因为只是保存char指针，char指针指向的内存有可能会失效，stack弹出的堆栈元素char指针，指向的内存可能已经无效了。还有我们定义的swap函数模板，在vector或者list等容器类型时，如果容器保存的对象很大，会占用大量内存，性能下降，因为要产生一个临时的大对象保存a，这些都需要模板的专门化才能解决。

函数模板专门化

假设我们swap函数要处理一个情况，我们有两个很多元素的vector<int>,在使用原来的swap函数，执行tmpT = t1要拷贝t1的全部元素，占用大量内存，造成性能下降，于是我们系统通过vector.swap函数解决这个问题,代码如下:

//method.h
template<class T> void swap(T& t1, T& t2);
#include "method.cpp"
#include <vector>
using namespace std;
template<class T> void swap(T& t1, T& t2) {
 T tmpT;
 tmpT = t1;
 t1 = t2;
 t2 = tmpT;
}
template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) {
 t1.swap(t2);
}

template<>前缀表示这是一个专门化,描述时不用模板参数，使用示例如下:

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include <vector>
#include <string>
#include "method.h"
int main() {
 using namespace std;
 //模板方法 
 string str1 = "1", str2 = "2";
 swap(str1, str2);
 printf("str1:%s, str2:%s\n", str1.c_str(), str2.c_str()); 
 
 vector<int> v1, v2;
 v1.push_back(1);
 v2.push_back(2);
 swap(v1, v2);
 for (int i = 0; i < v1.size(); i++) {
  printf("v1[%d]:%d\n", i, v1[i]);
 }
 for (int i = 0; i < v2.size(); i++) {
  printf("v2[%d]:%d\n", i, v2[i]);
 }
 return 0;
}

vector<int>的swap代码还是比较局限，如果要用模板专门化解决所有vector的swap，该如何做呢，只需要把下面代码

template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) {
 t1.swap(t2);}

改为

template<class V> void swap(std::vector<V>& t1, std::vector<V>& t2) {
 t1.swap(t2);
}

就可以了，其他代码不变。

类模板专门化

请看下面compare代码:

//compare.h
template <class T>
 class compare
 {
 public:
 bool equal(T t1, T t2)
 {
  return t1 == t2;
 }
};
#include <iostream>
#include "compare.h"
 int main()
 {
 using namespace std;
 char str1[] = "Hello";
 char str2[] = "Hello";
 compare<int> c1;
 compare<char *> c2; 
 cout << c1.equal(1, 1) << endl;  //比较两个int类型的参数
 cout << c2.equal(str1, str2) << endl; //比较两个char *类型的参数
 return 0;
 }

在比较两个整数，compare的equal方法是正确的，但是compare的模板参数是char*时，这个模板就不能工作了，于是修改如下:

//compare.h
#include <string.h>
template <class T>
 class compare
 {
 public:
 bool equal(T t1, T t2)
 {
  return t1 == t2;
 }
};
template<>class compare<char *> 
{
public:
 bool equal(char* t1, char* t2)
 {
  return strcmp(t1, t2) == 0;
 }
};

main.cpp文件不变，此代码可以正常工作。

模板类型转换

还记得我们自定义的Stack模板吗，在我们的程序中，假设我们定义了Shape和Circle类，代码如下:

//shape.h
class Shape {

};
class Circle : public Shape {
};

然后我们希望可以这么使用:

这里是无法

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
#include "shape.h"
int main() {
 Stack<Circle*> pcircleStack;
 Stack<Shape*> pshapeStack;
 pcircleStack.push(new Circle);
 pshapeStack = pcircleStack;
 return 0;
}

编译的，因为Stack<Shape*>不是Stack<Circle*>的父类，然而我们却希望代码可以这么工作，那我们就要定义转换运算符了，Stack代码如下:

//statck.h
template <class T> class Stack {
 public:
  Stack();
  ~Stack();
  void push(T t);
  T pop();
  bool isEmpty();
  template<class T2> operator Stack<T2>();
 private:
  T *m_pT;  
  int m_maxSize;
  int m_size;
};
#include "stack.cpp"
template <class T> Stack<T>::Stack(){
 m_maxSize = 100;  
 m_size = 0;
 m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T> Stack<T>::~Stack() {
 delete [] m_pT ;
}
template <class T> void Stack<T>::push(T t) {
 m_size++;
 m_pT[m_size - 1] = t;
}
template <class T> T Stack<T>::pop() {
 T t = m_pT[m_size - 1];
 m_size--;
 return t;
}
template <class T> bool Stack<T>::isEmpty() {
 return m_size == 0;
}
template <class T> template <class T2> Stack<T>::operator Stack<T2>() {
 Stack<T2> StackT2;
 for (int i = 0; i < m_size; i++) {
  StackT2.push((T2)m_pT[m_size - 1]);
 }
 return StackT2;
}
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
#include "shape.h"
int main() {
 Stack<Circle*> pcircleStack;
 Stack<Shape*> pshapeStack;
 pcircleStack.push(new Circle);
 pshapeStack = pcircleStack;
 return 0;
}

这样，Stack<Circle>或者Stack<Circle*>就可以自动转换为Stack<Shape>或者Stack<Shape*>,如果转换的类型是Stack<int>到Stack<Shape>，编译器会报错。

其他

一个类没有模板参数，但是成员函数有模板参数，是可行的，代码如下:

class Util {
 public:
  template <class T> bool equal(T t1, T t2) {
   return t1 == t2;
  }
};

int main() {
 Util util;
 int a = 1, b = 2;
 util.equal<int>(1, 2);
 return 0;
}

甚至可以把Util的equal声明为static,代码如下:

class Util {
 public:
   template <class T> static bool equal(T t1, T t2) {
   return t1 == t2;
  }
};

int main() {
 int a = 1, b = 2;
 Util::equal<int>(1, 2);
 return 0;
}

总结

到此这篇关于C++模板template用法总结的文章就介绍到这了,更多相关C++模板template用法内容请搜索亿速云以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持亿速云！

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