C++--模板的概念和意义、深入理解函数模板、类模板的概念和意义

一.模板的概念与意义

Q:C++中有几种交换变量的方法？
定义宏代码与定义函数
A.定义宏代码
优点：代码复用，适合所有的类型
缺点：编译器不知道宏的存在，缺少类型检查
B.定义函数
优点：真正的函数调用,编译器对类型进行检查
缺点：根据类型重复定义函数，无法代码复用

C.泛型编程--不考虑具体数据类型的编程方式

Swap泛型写法中的T不是一个具体的数据类型，而是泛指任意的数据类型
C++中的泛型编程
函数模板--一种特殊的函数可用不同类型进行调用，看起来和普通函数很相似，区别是类型可被参数化

函数模板的语法规则
1.template关键字用于声明进行泛型编程
2.typename关键字用于声明泛指类型

函数模板的使用--自动类型推导和具体类型推导

函数模板的代码示例

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template < typename T >
void Swap(T& a, T& b)
{
    T c = a;
    a = b;
    b = c;
}

template < typename T >
void Sort(T a[], int len)
{
    for(int i=0; i<len; i++)
    {
        for(int j=i; j<len; j++)
        {
            if( a[i] > a[j] )
            {
                Swap(a[i], a[j]);
            }
        }
    }
}

template < typename T >
void Println(T a[], int len)
{
    for(int i=0; i<len; i++)
    {
        cout << a[i] << ", ";
    }

    cout << endl;
}

int main()
{
    int a[5] = {5, 3, 2, 4, 1};

    Println(a, 5);
    Sort(a, 5);
    Println(a, 5);

    string s[5] = {"Java", "C++", "Pascal", "Ruby", "Basic"};

    Println(s, 5);
    Sort(s, 5);
    Println(s, 5);

    return 0;
}

运行结果

二.深入理解函数模板

A.函数模板深入理解
1.编译器从函数模板通过具体类型产生不同的函数
2.编译器会对函数模板进行两次编译--对模板代码本身进行编译，对参数替换后的代码进行编译
注意事项--函数模板本身不允许隐式类型转换，在自动推导类型时，必须严格匹配，显示类型指定时，能够进行隐式类型转换
代码示例

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    Test(const Test&);
public:
    Test()
    {
    }
};

template < typename T >
void Swap(T& a, T& b)
{
    T c = a;
    a = b;
    b = c;
}

typedef void(FuncI)(int&, int&);
typedef void(FuncD)(double&, double&);

int main()
{
    FuncI* pi = Swap;    // 编译器自动推导 T 为 int
    FuncD* pd = Swap;    // 编译器自动推导 T 为 double

    cout << "pi = " << reinterpret_cast<void*>(pi) << endl;
    cout << "pd = " << reinterpret_cast<void*>(pd) << endl;

    return 0;
}

B.函数模板可以定义任意多个不同的参数类型

C.对于多参数函数模板
1.无法自动推导返回值类型
2.可以从左向右部分指定类型参数

代码示例

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template 
< typename T1, typename T2, typename T3 >
T1 Add(T2 a, T3 b)
{
    return static_cast<T1>(a + b);
}

int main()
{
    // T1 = int, T2 = double, T3 = double
    int r1 = Add<int>(0.5, 0.8);

    // T1 = double, T2 = float, T3 = double
    double r2 = Add<double, float>(0.5, 0.8);

    // T1 = float, T2 = float, T3 = float
    float r3 = Add<float, float, float>(0.5, 0.8);

    cout << "r1 = " << r1 << endl;     //被强制转换为int类型所以 r1 = 1
    cout << "r2 = " << r2 << endl;     // r2 = 1.3
    cout << "r3 = " << r3 << endl;     // r3 = 1.3

    return 0;
}

Q:当函数重载遇见函数模板会发生什么？
函数模板可以优先考虑普通函数
1.C++编译器优先考虑普通函数
2.如果函数模板可以产生一个更好的匹配，那么选择模板
3.如果通过空模板实参列表限定编译器只匹配模板

代码分析

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template < typename T >
T Max(T a, T b)
{
    cout << "T Max(T a, T b)" << endl;

    return a > b ? a : b;      
}

int Max(int a, int b)
{
    cout << "int Max(int a, int b)" << endl;

    return a > b ? a : b;
}

template < typename T >
T Max(T a, T b, T c)
{
    cout << "T Max(T a, T b, T c)" << endl;

    return Max(Max(a, b), c);//对第一个函数模板进行了重载
}

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    //c++编译器优先考虑普通函数
    cout << Max(a, b) << endl;                   // 普通函数 Max(int, int)

    cout << Max<>(a, b) << endl;                 // 函数模板 Max<int>(int, int)

    cout << Max(3.0, 4.0) << endl;               // 函数模板 Max<double>(double, double)

    cout << Max(5.0, 6.0, 7.0) << endl;          // 函数模板 Max<double>(double, double, double)

    cout << Max('a', 100) << endl;               // 普通函数 Max(int, int)

    return 0;
}

运行结果

三.类模板的概念和意义

C++中的类模板
1.以相同的方式处理不同的类型
2.在类声明前使用template进行标识
3.<typename T>用于说明类中使用的泛指类型 T

类模板的应用
1.只能显示指定具体类型，无法自动推导
2.使用具体类型<Type>定义对象

声明的泛指类型T可以出现在类模板的任意地方，编译器对类模板的处理方式和函数模板相同
1.从类模板通过具体类型产生不同的类
2.在声明的地方对类模板代码本身进行编译
3.在使用的地方对参数替换后的代码进行编译
代码示例

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template < typename T >
class Operator
{
public:
    T add(T a, T b)
    {
        return a + b;
    }
    T minus(T a, T b)
    {
        return a - b;
    }
    T multiply(T a, T b)
    {
        return a * b;
    }
    T divide(T a, T b)
    {
        return a / b;
    }
};

string operator-(string& l, string& r)//全局函数对减法进行重载
{
    return "Minus";
}

int main()
{
    Operator<int> op1;

    cout << op1.add(1, 2) << endl;

    Operator<string> op2;

    cout << op2.add("D.T.", "Software") << endl;
    cout << op2.minus("D.T", "Software") << endl;

    return 0;
}

运行结果