【C++】浅谈对模板的认识

怼烎@ 2022-06-07 14:09 210阅读 0赞

如果要写出适合于所有类型的函数，你会怎么写？

首先想到的应该就是函数重载了吧，函数重载使非常容易想到的，但是却存在许多缺点。比如：只要有新的类型出现，就需要添加新的函数；如果函数只有返回值不同，函数重载就不能解决了，除此之外，还有函数体都相同，仅有类型不同，代码显得冗杂；不方便维护等问题。

其次，我们还可以想到借助公共基类，将通用的代码放到基类中，但是这样仍然难以维护代码，而且会失去类型检查这一优点。

此外，还有宏函数业可以完成，但同样，不会进行类型检查，安全性不够。

在C++中，我们有一个很好的办法可以达到目的，那就是模板了。编写与类型无关的逻辑代码，我们称之为泛型编程，而模板就是泛型编程的基础。

模板关键字：template，可以分为函数模板和类模板。

**一. 函数模板**

1.函数模板的格式：

template <typename 模板形参名字>

返回值类型 函数名(参数列表)

\{\}

例如：

template <typename T>
    T Max(const T& a, const T& b)
    {
    	return a > b ? a : b;
    }

注意：(1).typename是定义模板的关键字，可以用class，但是不可以使用struct代替class

(2).inline关键字也可以被模板使用，放置于模板参数列表之后，函数返回值之前。

例如：

template <typename T>
    inline T Max(const T& a, const T& b)
    {
    	return a > b ? a : b;
    }

2.函数模板编译

(1).模板本身不是一个类或者函数，编译器用模板产生指定类型的函数或类，这一过程称之为模板实例化。

(2)模板在编译时可以理解为编译了两次，第一次是实例化之前，检查代码是否存在语法错误；第二次是在实例化期间，检查模板代码，查看是否所有的调用都有效。

注意：(1)隐式实例化中，模板中不会出现类型转换，只会产生新的实例。例如：

cout << Max(1, '2') << endl; //编译器将会报错

当出现自己写的代码时，将会调用自己写的代码，模板将不会实例化，例如：

int Max(const int& a, const int& b)
    {
    	return a > b ? a : b;
    }
    cout << Max(1, 2) << endl;//将会调用自己写的代码，不调用模板实例化的函数
    cout << Max(1, '2') << endl;//将不会报错，调用自己写的代码，发生类型转换

(2)显示实例化中，将只会调用模板实例化生成的函数。Max<>(1,2); Max<int>(1,2);

(3)编译器将会执行两种转换：一种是接受const的函数，可以用非const对象的引用或指针调用；另一种是数组或函数到指针的转换。

3. 函数模板的参数

(1)类型形参

a. 模板形参名字只能在模板形参之后到模板的定义或声明之间使用，遵循名字屏蔽，例如：  
![SouthEast][]

b. 模板形参的名字在同一个模板形参中只能出现一次

template <typename T, class T>//重定义 模板 参数“T”

c. 函数模板内部不能指定缺省模板实参，类模板中可以使用默认参数

template <typename T=int >//在VS2013中经过编译器优化，可以编译通过
    void Test(const T& t)
    {
    	cout << typeid(t).name() << endl;
    }

(2)非模板类型参数

非模板类型形参是模板内部定义的常量，在需要常量表达式的时候，可以使用非模板类型参数

template <typename T,int N>
    void Funtest(T(&_arr)[N])//数组的引用
    {
    	for (int i = 0; i < N; i++)
    		_arr[i] = i;
    }

4. 模板函数重载

所有重载版本的生命都应放于该函数被调用的位置之前。

5. 模板函数的特化

对于上述例子，比较两个参数中较大的一个，并不能适用于字符串，因此，我们需要对于字符串这种类型进行特化。

(1)关键字template<>

(2)函数名后一对尖括号，尖括号内指定特化定义的模板形参

(3)函数形参表中注意const的位置

例如：

template <typename T>
    T Max(const T& a, const T& b)
    {
    	return a > b ? a : b;
    }
    template<>//const修饰的是a，a的指向不能被改变，而const char* & b中，const修饰的是*a，a指向的空间的值不能被改
    char* Max<char*>(char* const& a, char* const& b)
    {
    	if (strcmp(a, b)==1)
    		return a;
    	return b;
    }

**二. 模板类**

模板类同模板函数类似，关键字为template

template<typename 形参1, typename 形参2>

class 类名

\{\};

我们写过的[模板顺序表][Link 1]，[链表][Link 2]就是应用模板类的

模板类的特化可以分为：全特化，偏特化

注意：偏特化并不仅仅是特化部分参数，而应该是针对模板参数更进一步的条件限制出来的一个特化版本。

**三. 模板的分离编译**

分离编译就是将函数的实现与调用不在同一个文件中，当模板分离编译时，在编译阶段没有问题，但是程序最终却会出现问题。

因为在分离式的编译环境下，编译器分别编译不同的cpp文件时，遇到未解决的符号时，在最终链接时会得到解决。而遇到模板时，模板仅在需要的时候才会实例化，因此，当实现该模板的cpp文件中没有用到模板实例时，编译器并不会实例化，工程中的obj文件中没有模板实例的二进制代码，连接器没办法处理为解决的符号，因此会报出错误。

[SouthEast]: /images/20220607/d175187aed4a4cb98859a4d6d37abfd7.png
[Link 1]: http://http://blog.csdn.net/wei_cheng18/article/details/78245177
[Link 2]: http://http://blog.csdn.net/wei_cheng18/article/details/78305998