泛型编程的第一步,掌握模板的特性!

栏目: IT技术 · 发布时间: 4年前

内容简介:认识C++ 是很强大,有各种特性来提高代码的可重用性,有助于减少开发的代码量和工作量。

 1  

认识

C++ 是很强大,有各种特性来提高代码的可重用性,有助于减少开发的代码量和工作量。

C++ 提高代码的可重用性主要有两方面:

  • 继承

  • 模板

继承的特性我已在前面篇章写过了「 C++ 一篇搞懂继承的常见特性 」。

本篇主要是说明「模板」的特性, 使用 「模板」的特性设计,实际上也就是「泛型」程序设计。

 2  

函数模板

||   01 变量交换函数模板

假设我们设 计一个交换两个整型变量的值的函数,代码如下:

// 交换两个整型变量的值的Swap函数:

void Swap(int & x,int & y)

{

int tmp = x;

x = y;

y = tmp;

}

如果是浮点类型的变量的值交换,则需要把替换 int 类型为 double 即可,代码如下:

// 交换两个double型变量的值的Swap函数:

void Swap(double & x,double & y)

{

double tmp = x;

x = y;

y = tmp;

}

那如果是其他变量类型的值交换,那不是每次都要重新写一次  Swap  函数? 是不是很繁琐? 且代码后面会越来越冗余。

能否只写一个  Swap  函数,就能交换各种类型的变量?

答案是肯定有的,就是用「函数模板」来解决,「函数模板」的形式:

template <class 类型参数1,class 类型参数2,...>

返回值类型 模板名 (形参表)

{

函数体

};

具体  Swap  「函数模板」代码如下:

template <class T>

void Swap(T & x,T & y)

{

T tmp = x;

x = y;

y = tmp;

}

template  就是模板定义的关键词, T  代表的是任意变量的类型。

那么定义好「函数模板」后,在编译的时候,编译器会根据传入  Swap  函数的参数变量类型,自动生成对应参数变量类型的  Swap  函数:

int main()

{

int n = 1,m = 2;

Swap(n,m); //编译器自动生成 void Swap(int & ,int & )函数

double f = 1.2,g = 2.3;

Swap(f,g); //编译器自动生成 void Swap(double & ,double & )函数

return 0;

}

  • 第 4 行 编译器自动生成 void Swap(int &, int & ) 函数;

  • 第 7 行 编译器自动生成 void Swap(double &,  double  & ) 函数。

面的实例化函数模板的例子,是让编译器自己来判断传入的变量类型,那么我们也可以自己指定函数模板的变量类型,具体代码如下:

int main()

{

int n = 1,m = 2;

Swap<int>(n,m); // 指定模板函数的变量类型为int

double f = 1.2,g = 2.3;

Swap<double>(f,g); // 指定模板函数的变量类型为double

return 0;

}

  • 第 4 行指定模板函数的变量类型为 int ;

  • 第 7 行指定模板函数的变量类型为 double 。

— —

||   02 查询数组最大值函数模板

在举一个例子,下面的  MaxElement  函数定义成了函数模板,这样不管是 int、double、char 等类型的数组,都可以使用该函数来查数组最大的值,代码如下:

// 求数组最大元素的MaxElement函数模板

template <class T>

T MaxElement(T a[], int size) // size是数组元素个数

{

T tmpMax = a[0];

for(int i = 1;i < size;++i)

{

if(tmpMax < a[i])

{

tmpMax = a[i];

}

}

return tmpMax;

}

— —

||   03 多个类型参数模板函数

函数模板中,可以不止一个类型的参数:

template <class T1, class T2>

T2 MyFun(T1 arg1, T2 arg2)

{

cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;

return arg2;

}

T1  是传入的第一种任意变量类型, T2  是传入的第二种任意变量类型。

— —

||   04 函数模板的重载

函数模板可以重载,只要它们的 形参表或类型参数表 不同即可。

见下面的例子:

// 模板函数 1

template<class T1, class T2>

void print(T1 arg1, T2 arg2)

{

cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;

}


// 模板函数 2

template<class T>

void print(T arg1, T arg2)

{

cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;

}


// 模板函数 3

template<class T,class T2>

void print(T arg1, T arg2)

{

cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;

}

上面都是  print(参数1, 参数2)  模板函数的重载,因为「形参表」或「类型参数表」名字不同。

— —

||   05 函数模板和函数的次序

在有多个函数和函数模板名字相同的情况下,编译器如下规则处理一条函数调用语句:

  1. 先找参数完全匹配的普通函数(非由模板实例化而得的函数);

  2. 再找参数完全匹配的模板函数;

  3. 再找实参数经过自动类型转换后能够匹配的普通函数;

  4. 上面的都找不到,则报错。

代码例子如下:

// 模板函数 - 1个参数类型

template <class T>

T Max(T a, T b)

{

cout << "TemplateMax" <<endl; return 0;

}


// 模板函数 - 2个参数类型

template <class T, class T2>

T Max(T a, T2 b)

{

cout << "TemplateMax2" <<endl; return 0;

}


// 普通函数

double Max(double a, double b)

{

cout << "MyMax" << endl;

return 0;

}


int main()

{

int i=4, j=5;

// 输出MyMax - 匹配普通函数

Max( 1.2, 3.4 );

//输出TemplateMax - 匹配参数一样的模板函

Max( i, j );

//输出TemplateMax2 - 匹配参数类型不同的模板函数

Max( 1.2, 3 );

return 0;

}

  • 第 27 行,输出的是MyMax,因为匹配的是普通函数;

  • 第 30 行,输出的是输出TemplateMax,因为匹配参数一样的模板函;

  • 第 33 行,输出的是TemplateMax2,因为匹配参数类型不同的模板函数。

匹配模板函数时,当模板函数只有一个参数类型时,传入了不同的参数类型,是不进行类型自动转换,具体例子如下:

// 模板函数 - 1个参数类型

template<class T>

T myFunction( T arg1, T arg2)

{

cout<<arg1<<" "<<arg2<<"\n";

return arg1;

}


...


// OK :替换 T 为 int 类型

myFunction( 5, 7);


// OK :替换 T 为 double 类型

myFunction(5.8, 8.4);


// error :没有匹配到myFunction(int, double)函数

myFunction(5, 8.4);

  • 第 12 行,可以正常执行,替换 T 为 int 类型;

  • 第 15 行,可以正常执行,替换 T 为 double 类型 ;

  • 第 18 行,会执行错误!因为没有匹配到 myFunction(int, double)函数。

 3  

类模板

||   01 类模板的定义

为了多快好省地定义出一批 相似的类, 可以定义「类模板」,然后 由类模板生成不同的类

类模板的定义形式如下:

template <class 类型参数1class 类型参数2,...> //类型参数表

class 类模板名

{

成员函数和成员变量

};

用类模板定义对象的写法:

类模板名<真实类型参数表> 对象名(构造函数实参表);

— —

||   02 Pair类模板例子

接下来,用 Pair 类用类模板的方式的实现,Pair 是一对的意思,也就是实现一个键值对(key-value)的关系的类。

代码如下:

// 类模板

template <class T1, class T2>

class Pair

{

public:

Pair(T1 k, T2 v):m_key(k),m_value(v) {};

bool operator < (const Pair<T1,T2> & p) const;

private:

T1 m_key;

T2 m_value;

};


// 类模板里成员函数的写法

template <class T1, class T2>

bool Pair<T1,T2>::operator < (const Pair<T1,T2> &p) const

{

return m_value < p.m_value;

}


int main()

{

Pair<string,int> Astudent("Jay",20);

Pair<string,int> Bstudent("Tom",21);

cout << (Astudent < Bstudent) << endl;

return 0;

}

输出结果:

需要注意的是,同一个类模板的两个模板类是不兼容的:

Pair<string,int> *p;

Pair<string,double> a;

p = & a; //错误!!

— —

||  03 函数模板作为类模板成员

当函数模板作为类模板的成员函数时,是可以单独写成函数模板的形式,成员函数模板在使用的时候,编译器才会把函数模板根据传入的函数参数进行实例化,例子如下:

// 类模板

template <class T>

class A

{

public:

template<class T2>

void Func(T2 t) { cout << t; } // 成员函数模板

};


int main()

{

A<int> a;

a.Func('K'); //成员函数模板 Func被实例化

a.Func("hello"); //成员函数模板 Func再次被实例化


return 0;

}

— —

||  04 类模板与非类型参数

类模板的“<类型参数表>”中可以出现非类型参数:

template <class T, int size>

class CArray

{

public:

void Print( )

{

for( int i = 0;i < size; ++i)

cout << array[i] << endl;

}

private:

T array[size];

};


CArray<double,40> a2;

CArray<int,50> a3; //a2和a3属于不同的类

 4  

类模板和派生

||  01 类模板从类模板派生

泛型编程的第一步,掌握模板的特性!

上图的代码例子如下:

// 基类 - 类模板

template <class T1,class T2>

class A

{

T1 v1; T2 v2;

};


// 派生类 - 类模板

template <class T1,class T2>

class B:public A<T2,T1>

{

T1 v3; T2 v4;

};


// 派生类 - 类模板

template <class T>

class C:public B<T,T>

{

T v5;

};


int main()

{

B<int,double> obj1;

C<int> obj2;

return 0;

}

— —

||  02 类模板从模板类派生

泛型编程的第一步,掌握模板的特性!

上图的代码例子如下:

template <class T1,class T2>

class A

{

T1 v1; T2 v2;

};


template <class T>

class B:public A<int,double> // A<int,double> 模板类

{

T v;

};


int main()

{

//自动生成两个模板类 :A<int,double> 和 B<char>

B<char> obj1;

return 0;

}

  • 第 16 行,在创建 B类 对象,会自动生成两个模板类 :A<int,double> 和 B<char> 。

— —

||  03 类模板从普通类派生

泛型编程的第一步,掌握模板的特性!

上图的代码例子如下:

// 基类 - 普通类

class A

{

int v1;

};


// 派生类 - 类模板

template <class T>

class B:public A // 所有从B实例化得到的类 ,都以A为基类

{

T v;

};


int main()

{

B<char> obj1;

return 0;

}

  • 第 16 行,在创建 B 类对象前,会先构造基类 A 对象。

— —

||  04 普通类从模板类派生

泛型编程的第一步,掌握模板的特性!

上图的代码例子如下:

template <class T>

class A

{

T v1;

};


class B : public A<int>

{

double v;

};


int main()

{

B obj1;

return 0;

}

  • 第 14 行,在构造 B 类对象前,会先实例化 A 模板对象。

 5  

类模板与友元

||  01 函数、类、类的成员函数作为类模板的友元

代码例子如下:

// 普通函数

void Func1() { }


// 普通类

class A { };


// 普通类

class B

{

public:

void Func() { } // 成员函数

};


// 类模板

template <class T>

class Tmp

{

friend void Func1(); // 友元函数

friend class A; // 友元类

friend void B::Func(); // 友元类的成员函数

}; // 任何从 Tmp 实例化来的类 ,都有以上三个友元

任何从 Tmp 实例化来的类 ,都有以上三个友元。

— —

||  02 函数模板作为类模板的友元

// 类模板

template <class T1,class T2>

class Pair

{

private:

T1 key; //关键字

T2 value; //值

public:

Pair(T1 k,T2 v):key(k),value(v) { };

// 友元函数模板

template <class T3,class T4>

friend ostream & operator<< (ostream & o, const Pair<T3,T4> & p);

};


// 函数模板

template <class T3,class T4>

ostream & operator<< (ostream & o, const Pair<T3,T4> & p)

{

o << "(" << p.key << "," << p.value << ")" ;

return o;

}


int main()

{

Pair<string,int> student("Tom",29);

Pair<int,double> obj(12,3.14);

cout << student << " " << obj;

return 0;

}

输出结果:

(Tom,29) (12,3.14)

— —

||  03 函数模板作为类的友元

// 普通类

class A

{

private:

int v;

public:

A(int n):v(n) { }

template <class T>

friend void Print(const T & p); // 函数模板

};


// 函数模板

template <class T>

void Print(const T & p)

{

cout << p.v;

}


int main()

{

A a(4);

Print(a);

return 0;

}

输出结果:

— —

||   04 类模板作为类模板的友元

// 类模板

template <class T>

class B

{

private:

T v;

public:

B(T n):v(n) { }

template <class T2>

friend class A; // 友元类模板

};


// 类模板

template <class T>

class A

{

public:

void Func( )

{

B<int> o(10); // 实例化B模板类

cout << o.v << endl;

}

};


int main()

{

A<double> a;

a.Func ();

return 0;

}

输出结果:

 6  

类模板与静态成员函数

类模板中可以定义静态成员,那么从该类模板实例化得到的所有类,都包含同样的静态成员。

见下面的例子:

template <class T>

class A

{

private:

static int count; // 静态成员

public:

A() { count ++; }

~A() { count -- ; };

A( A & ) { count ++ ; }

static void PrintCount() // 静态函数

{

cout << count << endl;

}

};


template<> int A<int>::count = 0; // 初始化

template<> int A<double>::count = 0; // 初始化


int main()

{

A<int> ia;

A<double> da; // da和ia不是相同模板类

ia.PrintCount();

da.PrintCount();

return 0;

}

输出:

上面的代码需要注意的点:

  • 类模板里的静态成员初始化的时候,最前面要加 template<>
  • ia 和 da 对象是不同的模板类,因为类型参数是不一致,所以也就是不同的模板类。


以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持 码农网

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