C++ 模板学习笔记

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-08-23 15:48 193阅读 0赞

**1. 模板的概念。**

我们已经学过**重载(Overloading)**，对重载函数而言,C++的检查机制能通过函数参数的不同及所属类的不同。正确的调用重载函数。例如，为求两个数的最大值，我们定义MAX()函数需要对不同的数据类型分别定义不同**重载(Overload)**版本。

//函数1.

int max(int x,int y);  
\{return(x>y)?x:y ;\}

//函数2.  
float max( float x,float y)\{  
return (x>y)? x:y ;\}

//函数3.  
double max(double x,double y)  
\{return (c>y)? x:y ;\}

但如果在主函数中，我们分别定义了 char a,b; 那么在执行max(a,b);时 程序就会出错，因为我们没有定义char类型的重载版本。

现在，我们再重新审视上述的max()函数，它们都具有同样的功能，即求两个数的最大值，能否只写一套代码解决这个问题呢？这样就会避免因重载函数定义不 全面而带来的调用错误。为解决上述问题C++引入模板机制，**模板定义：模板就是实现代码重用机制的一种工具，它可以实现类型参数化，即把类型定义为参数， 从而实现了真正的代码可重用性。模版可以分为两类，一个是函数模版，另外一个是类模版。**

**2.   函数模板的写法**

函数模板的一般形式如下：

*Template <**class**或者也可以用**typename** T>*

*返回类型 函数名（形参表）  
\{//函数定义体 \}*

**说明： template是一个声明模板的关键字，表示声明一个模板关键字class不能省略，如果类型形参多余一个 ，每个形参前都要加class <类型 形参表>可以包含基本数据类型可以包含类类型.**

请看以下程序:

**//Test.cpp**

\#include <iostream>

using std::cout;

using std::endl;

//声明一个函数模版,用来比较输入的两个相同数据类型的参数的大小，class也可以被typename代替，

//T可以被任何字母或者数字代替。

template <class T>

T min(T x,T y)

\{  return(x<y)?x:y;\}

void main( )

int n1=2,n2=10;

double d1=1.5,d2=5.6;

cout<< "较小整数:"<<min(n1,n2)<<endl;

cout<< "较小实数:"<<min(d1,d2)<<endl;

system("PAUSE");

程序运行结果：

![E5_87_BD_E6_95_B0_E6_A8_A1_E6_9D_BF_E8_BF_90_E8_A1_8C_E7_BB_93_E6_9E_9C.jpg][]

程序分析：main()函数中定义了两个整型变量n1 , n2 两个双精度类型变量d1 , d2然后调用min( n1, n2); 即实例化函数模板T min(T x, T y)其中Ｔ为int型，求出n1,n2中的最小值．同理调用min(d1,d2)时，求出d1,d2中的最小值．

**3. 类模板的写法**

定义一个类模板：

*Template <** class**或者也可以用**typename** T >  
class类名｛  
／／类定义．．．．．．  
｝；*

**说明：其中，template是声明各模板的关键字，表示声明一个模板，模板参数可以是一个，也可以是多个。**

例如：定义一个类模板：

**// ClassTemplate.h**  
\#ifndef ClassTemplate\_HH

\#define ClassTemplate\_HH

template<typename T1,typename T2>

class myClass\{

private:

T1 I;

T2 J;

public:

myClass(T1 a, T2 b);//Constructor

void show();

\};

//这是构造函数

//注意这些格式

template <typename T1,typename T2>

myClass<T1,T2>::myClass(T1 a,T2 b):I(a),J(b)\{\}

//这是void show();

template <typename T1,typename T2>

void myClass<T1,T2>::show()

cout<<"I="<<I<<", J="<<J<<endl;

\#endif

**// Test.cpp**

\#include <iostream>

\#include "ClassTemplate.h"

using std::cout;

using std::endl;

void main()

myClass<int,int> class1(3,5);

class1.show();

myClass<int,char> class2(3,'a');

class2.show();

myClass<double,int> class3(2.9,10);

class3.show();

system("PAUSE");

最后结果显示：

**4.非类型模版参数**

一般来说，非类型模板参数可以是常整数（包括枚举）或者指向外部链接对象的指针。

那么就是说，浮点数是不行的，指向内部链接对象的指针是不行的。

template<typename T, int MAXSIZE>

class Stack\{

Private:

T elems\[MAXSIZE\];

…

\};

Int main()

Stack<int, 20> int20Stack;

Stack<int, 40> int40Stack;

…

\};

**5.使用模板类型**

有时模板类型是一个容器或类，要使用该类型下的类型可以直接调用，以下是一个可打印STL中顺序和链的容器的模板函数

template <typename T>  
void print(T v)  
\{  
 T::iterator itor;  
 for (itor = v.begin(); itor != v.end(); ++itor)  
 \{  
  cout << \*itor << " ";  
 \}  
 cout << endl;  
\}

void main(int argc, char \*\*argv)\{  
 list<int> l;  
 l.push\_back(1);  
 l.push\_front(2);  
 if(!l.empty())  
  print(l);  
 vector<int> vec;  
 vec.push\_back(1);  
 vec.push\_back(6);  
 if(!vec.empty())  
  print(vec);  
\}

打印结果

![E4_BD_BF_E7_94_A8_E6_A8_A1_E6_9D_BF_E7_B1_BB_E5_9E_8B_E7_BB_93_E6_9E_9C.jpg][]

类型推导的隐式类型转换  
在决定模板参数类型前，编译器执行下列隐式类型转换：  
  
  左值变换  
  修饰字转换  
  派生类到基类的转换  
  
  见《C++ Primer》（\[注2\]，P500）对此主题的完备讨论。  
  
简而言之，编译器削弱了某些类型属性，例如我们例子中的引用类型的左值属性。举例来说，编译器用值类型实例化函数模板，而不是用相应的引用类型。  
  
同样地，它用指针类型实例化函数模板，而不是相应的数组类型。  
  
它去除const修饰，绝不会用const类型实例化函数模板，总是用相应的非 const类型，不过对于指针来说，指针和 const 指针是不同的类型。  
  
底线是：自动模板参数推导包含类型转换，并且在编译器自动决定模板参数时某些类型属性将丢失。这些类型属性可以在使用显式函数模板参数申明时得以保留。  
  
**6. 模板的特化**  
如果我们打算给模板函数（类）的某个特定类型写一个函数，就需要用到模板的特化，比如我们打算用 long 类型调用 max 的时候，返回小的值（原谅我举了不恰当的例子）：  
template<> // 这代表了下面是一个模板函数  
long max<long>( long a, long b ) // 对于 vc 来说，这里的 <long> 是可以省略的  
\{  
  return a > b ? b : a;  
\}  
实际上，所谓特化，就是代替编译器完成了对指定类型的特化工作，现代的模板库中，大量的使用了这个技巧。  
对于偏特化，则只针对模板类型中部分类型进行特化，如

template<T1, T2>

class MyClass;

template<T1, T2>

class MyCalss<int, T2>//偏特化  
7. 仿函数  
仿函数这个词经常会出现在模板库里（比如 STL），那么什么是仿函数呢？  
顾名思义：仿函数就是能像函数一样工作的东西，请原谅我用东西这样一个代词，下面我会慢慢解释。  
void dosome( int i )  
这个 dosome 是一个函数，我们可以这样来使用它： dosome(5);  
那么，有什么东西可以像这样工作么？  
答案1：重载了 () 操作符的对象，因此，这里需要明确两点：  
　　1　仿函数不是函数，它是个类；  
　　2　仿函数重载了()运算符，使得它的对你可以像函数那样子调用(代码的形式好像是在调用比如：  
  struct DoSome  
  \{  
  void operator()( int i );  
  \}  
  DoSome dosome;  
这里类(对 C++ 来说，struct 和类是相同的) 重载了 () 操作符，因此它的实例 dosome 可以这样用 dosome(5); 和上面的函数调用一模一样，不是么？所以 dosome 就是一个仿函数了。  
  
实际上还有答案2：  
  函数指针指向的对象。  
  typedef void( \*DoSomePtr )( int );  
  typedef void( DoSome )( int );  
  DoSomePtr \*ptr=&func;  
  DoSome& dosome=\*ptr;  
      
  dosome(5); // 这里又和函数调用一模一样了。  
当然，答案3 成员函数指针指向的成员函数就是意料之中的答案了。  
  
8. 仿函数的用处  
不管是对象还是函数指针等等，它们都是可以被作为参数传递，或者被作为变量保存的。因此我们就可以把一个仿函数传递给一个函数，由这个函数根据需要来调用这个仿函数（有点类似回调）。  
STL 模板库中，大量使用了这种技巧，来实现库的“灵活”。  
比如：  
for\_each, 它的源代码大致如下：  
template< typename Iterator, typename Functor >  
void for\_each( Iterator begin, Iterator end, Fucntor func )  
\{  
  for( ; begin!=end; begin++ )  
  func( \*begin );  
\}  
  
这个 for 循环遍历了容器中的每一个元素，对每个元素调用了仿函数 func，这样就实现了 对“每个元素做同样的事”这样一种编程的思想。  
  
特别的，如果仿函数是一个对象，这个对象是可以有成员变量的，这就让 仿函数有了“状态”，从而实现了更高的灵活性。

[E5_87_BD_E6_95_B0_E6_A8_A1_E6_9D_BF_E8_BF_90_E8_A1_8C_E7_BB_93_E6_9E_9C.jpg]: /images/20220823/971d87c6c50648ba995896186881167a.png
[E4_BD_BF_E7_94_A8_E6_A8_A1_E6_9D_BF_E7_B1_BB_E5_9E_8B_E7_BB_93_E6_9E_9C.jpg]: /images/20220823/7600e4c5c66a4a84ab94d65c23ee97e8.png