C++函数模板（泛型编程）

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mb600aa3928e8ce 2021-03-13 13:48:19

文章标签 c++ 文章分类 C/C++ 后端开发

C语言Plus 2020-04-08

模板是泛型编程的基础，泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。

模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器，比如迭代器和算法，都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。

每个容器都有一个单一的定义，比如向量，我们可以定义许多不同类型的向量，比如 vector <int> 或 vector <string>。

您可以使用模板来定义函数和类，接下来让我们一起来看看如何使用。

模板的引入

之前我们知道的交换两个变量的方法有宏定义、函数，这两种方式都能实现两个变量的交换，但是各有各的优缺点

宏定义：#define SWAP(a,b) {a=b-a;b=b-a;a=a+b;}

- 优点：代码复用，适合所有的类型

- 缺点：缺少类型检查，宏在预处理阶段就被替换掉，编译器并不知道宏的存在

函数：

- 优点：真正的函数调用，编译器对类型进行检查

- 缺点：类型不同需要重复定义函数，代码无法复用

上边两种方式都各有利弊，但是在C++中，存在泛型编程的概念：即不考虑具体数据类型的编程方式(如下)

C++函数模板（泛型编程）_c++

如何定义函数模板

C++中的泛型编程有函数模板与类模板，这章我们先来了解函数模板

函数模板是一种特殊的函数，可以使用不同的类型进行调用，对于功能相同的函数，不需要重复编写代码，并且函数模板与普通函数看起来很类似，区别就是类型可以被参数化

函数模板通过template与typename(或者class)两个关键字来定义，如下

C++函数模板（泛型编程）_c++_02

上边就定义了一个变量交换的函数模板，在使用函数模板时有两种方式
- 自动类型推到调用 Swap(a, b)
- 具体类型显示调用 Swap<int>(a, b)

下边以代码来体验一下函数模板:

#include<iostream>using namespace std;template <class T>void Swap(T& a, T& b){  T tmp = a;  a = b;  b = tmp;}void main(){  int a = 10;  int b = 20;  Swap(a, b);  //自动推到调用  //Swap<int>(a, b);//显示指定调用  cout << "a = " << a << "  b = " << b << endl;  float c = 12.3;  float d = 23.4;  //Swap(c, d); //自动推到调用  Swap<float>(c, d); //显示指定调用  cout << "c = " << c << "  d = " << d << endl;  system("pause");}

可以看到，我们使用函数模板，根据具体类型的参数化，就能适用于不同类型的变量交换，达到了代码复用的效果。

下边来深入理解下函数模板：

- 对于函数模板中使用的类型不同，编译器会产生不同的函数

- 编译器会对函数模板进行两次编译

- 第一次是对函数模板本身进行编译，包括语法检查等

- 第二次是对参数替换后的代码进行编译，这就相当于编译普通函数一样，进行类型规则检查等。

需要注意的是

- 函数模板是不允许隐式类型转换的，调用时类型必须严格匹配

C++函数模板（泛型编程）_c++_03

传入不同类型会提示错误。

定义多个类型参数

函数模板还可以定义任意多个不同的类型参数，但是对于多参数函数模板：
- 编译器是无法自动推导返回值类型的
- 可以从左向右部分指定类型参数

#include <iostream>using namespace std;//class typename都可以使用template <class T1, class T2, typename T3>T1 add(T2 a, T3 b){  T1 ret;  ret = static_cast<T1>(a + b);  return ret;}void main(){  int c = 12;  float d = 23.4;  //cout << add(c, d) << endl;  //error，无法自动推导函数返回值  cout << add<float>(c, d) << endl;  //返回值在第一个类型参数中指定  cout << add<int, int, float>(c, d) << endl;  system("pause");}

C++函数模板（泛型编程）_c++_04

在上边的代码中，我们定义了多类型参数的函数模板，调用时需要注意的是函数返回值需要在第一个参数类型中显示指定，后边的类型可自动推导或显示指定。

函数模板也可以重载

函数模板跟普通函数一样，也可以被重载
- C++编译器优先考虑普通函数
- 如果函数模板可以产生一个更好的匹配，那么就选择函数模板
- 也可以通过空模板实参列表<>限定编译器只匹配函数模板

#include <iostream>using namespace std;template <typename T>void fun(T a){  cout << "void fun(T1 a)" << endl;}template <typename T1, typename T2>void fun(T1 a, T2 b){  cout << "void fun(T1 a, T2 b)" << endl;}void fun(int a, float b){  cout << "void fun(int a, float b)" << endl;}void main(){  int a = 0;  float b = 0.0;  fun(a);  fun(a, b);  //普通函数void fun(int a, float b)已经能完美匹配，于是调用普通函数  fun(b, a);  //这个调用，函数模板有更好的匹配，于是调用函数模板  fun<>(a, b);  //限定只使用函数模板  system("pause");}