模板概念


模板就是建立通用的模具,大大提高复用性


  • ​C++​​另一种思想称为泛型编程,主要利用的技术就是模板
  • ​C++​​提供了两种模板机制 :函数模板类模板

【模板特点】

  • 模板不能直接使用,它只是一个框架
  • 模板的通用并不是万能的

函数模板

作用:建立一个通用函数,其函数返回值类型和形参类型可以不具体指定,用一个虚拟的类型来代表。

语法: 函数的声明或定义 ​​template<typename T>​

解释

  • ​template​​ : 声明创建模板
  • ​typename​​​ : 表明其后面的符号是一种数据类型,可以用​​class​​代替
  • ​T​​ : 通用的数据类型,名称可以替换,通常为大写字母

【demo】

#include <iostream>
using namespace std;

//利用模板提供通用的交换函数
template <typename T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
//swapInt(a, b);
//利用模板实现交换
//1、自动类型推导
mySwap(a, b);
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
//2、显示指定类型
mySwap<int>(a, b);
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
}
int main()
{
test01();
return 0;
}

【小结】

  • 函数模板使用关键字​​template​
  • 使用方式:自动类型推导、显示指定类型
  • 目的:为了提高复用性、将类型参数化

【注意事项】

  • 自动类型推导,必须是一致的数据类型​​T​​ ,才可以使用
  • 模板必须要确定出​​T​​ 的数据类型,才可以使用

【demo】:

#include <iostream>

using namespace std;

//利用模板提供通用的交换函数
template <class T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
T tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}

// 自动推导必须使用一致的数据类型T
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
char c = 'c';
mySwap(a, b); // 正确,可以推导出一致的数据类型T
cout << "a=" << a << " b=" << b << endl;
// swap(a, c); //错误,推导不出一致的T类型
}

template <class T>
void func()
{
cout << "func 调用 " << endl;
}

void test02()
{
// func(); // 错误,模板不能独立使用,必须确定出T的类型
func<int>(); // 利用显示指定类型 的方式,给T一个类型,才可以使用模板
}

int main()
{
test01();
test02();
return 0;
}

【小结】:使用模板时必须确定通用数据类型 ​​T​​ ,并且能够推导出一致的数据类型

函数模板案例

【案例描述】

利用函数模板封装一个排序的函数,可以对不同数据类型数组进行排序
排序规则从大到小,排序算法为选择排序
分别利用char数组和int数组进行测试

【demo】:

#include <iostream>

using namespace std;

template <class T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
T tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}

template <class T>
// 利用选择排序,对数组从大到小进行排序
void mySort(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i < len - 1; i++)
{
// 记录每次遍历的最大值索引
int max = i;
for (int j = i + 1; j < len; j++)
{
// 如果数组中有比当前最大值大的数,就记录下索引
if (arr[max] < arr[j])
{
max = j;
}
}
// 若初始的值不是最大值,就将其与最大值进行交换
if (max != i)
{
mySwap(arr[max], arr[i]);
}
// 交换完毕后,最大值索引设置为指针指向的新值,在进行判断
}
}

template <class T>
void printArray(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;
}

void testInt()
{
int intArr[] = {7, 5, 8, 4, 3, 6, 2, 1, 0, 9};
int len = sizeof(intArr) / sizeof(int);

cout << "int类型 排序前:" << endl;
printArray(intArr, len);
mySort(intArr, len);
cout << "int类型 排序后:" << endl;
printArray(intArr, len);
}

void testChar()
{
char charArr[] = {'c', 'd', 'a', 'e', 'b'};
int len = sizeof(charArr) / sizeof(char);

cout << "char类型 排序前:" << endl;
printArray(charArr, len);
mySort(charArr, len);
cout << "char类型 排序后:" << endl;
printArray(charArr, len);
}

int main()
{
testInt();
testChar();
return 0;
}

普通函数与函数模板的区别

  • 普通函数调用时可以发生自动类型转换(隐式类型转换
  • 函数模板调用时,如果利用自动类型推导,不会发生隐式类型转换
  • 如果利用显示指定类型的方式,可以发生隐式类型转换

【demo】

#include <iostream>

using namespace std;

// 普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{
return a + b;
}

// 函数模板
template <class T>
T myAdd02(T a, T b)
{
return a + b;
}

void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
char c = 'c';
int res1 = myAdd01(a, c); // 隐式的自动类型转换,将c 转换成int 类型
cout << "普通函数(自动隐式转换) a+c= " << res1 << endl;

int res2 = myAdd02<int>(a, b);
cout << "模板函数(自动类型推导,不会自动隐式转换) a+b= " << res2 << endl;

// int err = myAdd02(a, c); // 报错,使用自动类型推导时,不会发生隐式类型转换
int res3 = myAdd02<int>(a, c); // 显示指定类型,可以发生隐式类型转换
cout << "模板函数(显示指定类型,会自动隐式转换) a+c= " << res3 << endl;
}

int main()
{
test01();
return 0;
}

【小结】:

    建议使用显示指定类型的方式,调用函数模板,因为可以自己确定通用类型T

普通函数与函数模板的调用规则

  • 如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数
  • 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
  • 函数模板也可以发生重载
  • 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板

【demo】

#include <iostream>

using namespace std;
// 普通函数与函数模板调用规则
void myPrint(int a, int b)
{
cout << "调用普通函数 a = " << a << " , b = " << b << endl;
}
template <class T>
void myPrint(T a, T b)
{
cout << "调用函数模板 a = " << a << " , b = " << b << endl;
}

template <class T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
cout << "调用函数模板 a = " << a << " , b = " << b << " , c = " << c << endl;
}

void test01()
{

// 1、如果普通函数与模板函数都可以实现,则优先调用普通函数
// 注:如果告诉编译器,但只是声明而没有实现,或者不在当前文件内实现,就会报错找不到
int a = 10;
int b = 20;
int c = 30;
myPrint(a, b); // 调用普通函数

// 2、可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
myPrint<>(a, b); // 空模板,强制调用函数模板

// 3、函数模板可以发生重载
myPrint(a, b, c);

// 4、如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
char a1 = 'a';
char b1 = 'b';
myPrint(a1, b1);
}

int main()
{
test01();
return 0;
}

【小结】 : 既然提供了函数模板,就不要提供普通函数,否则容易出现二义性

函数模板的局限性


模板的通用性不是万能的


    如:下面的模板如果传入数组,就不能实现,如果传入的结构体也是无法实现的


template<class T>
void f(T a, T b){
if(a>b){
cout<<"a>b"<<endl;
}
}

为了解决这种问题,C++提供了模板的重载,可以为这些特定的类型提供具体化的模板

【demo】

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Person
{
public:
string m_name;
int m_age;
Person(string name, int age)
{
this->m_name = name;
this->m_age = age;
}
};

//普通函数模板
template <class T>
bool myCompare(T &a, T &b)
{
if (a == b)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}

// 具体化,显示具体化的原型,以template<>开头,并通过名称来指出类型
// 具体化优先于常规模板
template <>
bool myCompare(Person &p1, Person &p2)
{
if (p1.m_name == p2.m_name && p1.m_age == p2.m_age)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}

void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
// 内置数据类型可以直接使用通用的函数模板
bool ret = myCompare(a, b);
if (ret)
{
cout << "a == b" << endl;
}
else
{
cout << "a != b" << endl;
}
}

void test02()
{
// 自定义数据类型不会调用普通的函数模板
// 可以创建具体化的Person数据类型的模板,用于特殊处理这个类型
Person p1("tom", 20);
Person p2("tom", 20);
bool ret = myCompare(p1, p2);
if (ret)
{
cout << "p1 == p2" << endl;
}
else
{
cout << "p1 != p2" << endl;
}
}

int main()
{
test01();
test02();
return 0;
}

总结

  • 利用具体化的模板,可以解决自定义类型的通用化
  • 学习模板不是为了写模板,而是在STL能够运用系统提供的模板