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C++泛型編程基本概念詳解

 更新時(shí)間:2021年08月18日 15:39:59   作者:久病成良醫(yī)  
這一篇介紹一下 C++ 編程中與面向?qū)ο蟛⒘械牧硪淮蠓种А盒途幊?,這一篇主要介紹函數(shù)模板、類(lèi)模板和成員模板三大部分,需要的朋友可以參考下

1.什么是泛型編程?

比如說(shuō),我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)一個(gè)通用的交換函數(shù)呢?int型、double型、char型的交換

void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
void Swap(double& left, double& right)
{
	double temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
void Swap(char& left, char& right)
{
	char temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
......

雖然我們可以使用函數(shù)重載來(lái)實(shí)現(xiàn),但是有一下幾個(gè)不好的地方:

(1)重載的函數(shù)僅僅只是類(lèi)型不同,代碼的復(fù)用率比較低,當(dāng)新類(lèi)型出現(xiàn)時(shí),就需要增加對(duì)應(yīng)的函數(shù)。

(2)代碼的可維護(hù)性比較低,一個(gè)出錯(cuò)可能所有的重載均出錯(cuò)。

泛型編程:編寫(xiě)與類(lèi)型無(wú)關(guān)的通用代碼,是代碼復(fù)用的一種手段。

模板是泛型編程的基礎(chǔ)。包括函數(shù)模板和類(lèi)模板。

前面我們介紹的vector,list,map都是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)容器,

容器本身的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)不同,各容器中存在的數(shù)據(jù)類(lèi)型也可以不同。

但我們?cè)谠L(fǎng)問(wèn)這些容器中數(shù)據(jù)時(shí),擁有相同的方式。

這種方式就叫做“泛型編程”,顧名思義,不同的類(lèi)型采用相同的方式來(lái)操作。

2.函數(shù)模板

(1)函數(shù)模板概念

函數(shù)模板代表了一個(gè)函數(shù)家族,該函數(shù)模板與類(lèi)型無(wú)關(guān),在使用時(shí)被參數(shù)化,根據(jù)實(shí)參類(lèi)型產(chǎn)生函數(shù)的特定類(lèi)型版本。

(2)函數(shù)模板格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值類(lèi)型 函數(shù)名(參數(shù)列表){}
//typename是用來(lái)定義模板參數(shù)關(guān)鍵字,也可以使用class(切記:不能使用struct代替class)
template<typename T>
void Swap(T& left , T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

(3)函數(shù)模板的原理

函數(shù)模板是一個(gè)藍(lán)圖,它本身并不是函數(shù),是編譯器通過(guò)使用方式產(chǎn)生特定具體類(lèi)型函數(shù)的模具。所以其實(shí)模板就是將本來(lái)應(yīng)該我們做的重復(fù)的事情交給了編譯器。

在編譯器編譯階段,對(duì)于函數(shù)模板的使用,編譯器需要根據(jù)傳入的實(shí)參類(lèi)型來(lái)推演生成對(duì)應(yīng)類(lèi)型的函數(shù)以供調(diào)用。比如:當(dāng)用double類(lèi)型使用函數(shù)模板時(shí),編譯器通過(guò)對(duì)實(shí)參類(lèi)型的推演,將T確定為double類(lèi)型,然后產(chǎn)生一份專(zhuān)門(mén)處理double類(lèi)型的代碼,對(duì)于字符類(lèi)型也是如此。

(4)函數(shù)模板的實(shí)例化

用不同類(lèi)型的參數(shù)使用函數(shù)模板時(shí),稱(chēng)為函數(shù)模板的實(shí)例化。

模板參數(shù)實(shí)例化分為:隱式實(shí)例化和顯式實(shí)例化。

1)隱式實(shí)例化:讓編譯器根據(jù)實(shí)參推演模板參數(shù)的實(shí)際類(lèi)型

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);
/*
Add(a1, d1);
該語(yǔ)句不能通過(guò)編譯,因?yàn)樵诰幾g期間,當(dāng)編譯器看到該實(shí)例化時(shí),需要推演其實(shí)參類(lèi)型
通過(guò)實(shí)參a1將T推演為int,通過(guò)實(shí)參d1將T推演為double類(lèi)型,但模板參數(shù)列表中只有一個(gè)T,
編譯器無(wú)法確定此處到底該將T確定為int 或者 double類(lèi)型而報(bào)錯(cuò)
注意:在模板中,編譯器一般不會(huì)進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換操作,因?yàn)橐坏┺D(zhuǎn)化出問(wèn)題,編譯器就需要背黑鍋
*/
// 此時(shí)有兩種處理方式:1. 用戶(hù)自己來(lái)強(qiáng)制轉(zhuǎn)化 2. 使用顯式實(shí)例化
Add(a1, (int)d1);
return 0;
}

2)顯式實(shí)例化:在函數(shù)名后的<>中指定模板參數(shù)的實(shí)際類(lèi)型

int main(void)
{
	int a = 10;
	double b = 20.0;
	// 顯式實(shí)例化
	Add<int>(a, b);
	return 0;
	//如果類(lèi)型不匹配,編譯器會(huì)嘗試進(jìn)行隱式類(lèi)型轉(zhuǎn)換,如果無(wú)法轉(zhuǎn)換成功編譯器將會(huì)報(bào)錯(cuò)。
}

(5)模板參數(shù)的匹配原則

1)一個(gè)非模板函數(shù)可以和一個(gè)同名的模板函數(shù)同時(shí)存在,而且該函數(shù)模板還可以被實(shí)例化為這個(gè)非模板函數(shù)。

int Add(int left, int right)  // 專(zhuān)門(mén)處理int的加法函數(shù)
{
	return left + right;
}
template<class T>  // 通用加法函數(shù)
T Add(T left, T right)
{
	return left + right;
}
void Test()
{
	Add(1, 2); // 與非模板函數(shù)匹配,編譯器不需要特化
	Add<int>(1, 2); // 調(diào)用編譯器特化的Add版本
}

2)對(duì)于非模板函數(shù)和同名模板函數(shù),如果其他條件都相同,在調(diào)動(dòng)時(shí)會(huì)優(yōu)先調(diào)用非模板函數(shù)而不會(huì)從該模板產(chǎn)生出一個(gè)實(shí)例。如果模板可以產(chǎn)生一個(gè)具有更好匹配的函數(shù), 那么將選擇模板。

int Add(int left, int right)  // 專(zhuān)門(mén)處理int的加法函數(shù)
{
	return left + right;
}
template<class T1, class T2>  // 通用加法函數(shù)
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
	return left + right;
}
void Test()
{
Add(1, 2); // 與非函數(shù)模板類(lèi)型完全匹配,不需要函數(shù)模板實(shí)例化
Add(1, 2.0); // 模板函數(shù)可以生成更加匹配的版本,編譯器根據(jù)實(shí)參生成更加匹配的Add函
數(shù)
}

3.類(lèi)模板

(1)類(lèi)模板的定義格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 類(lèi)模板名
{
	// 類(lèi)內(nèi)成員定義
};
// 動(dòng)態(tài)順序表
// 注意:Vector不是具體的類(lèi),是編譯器根據(jù)被實(shí)例化的類(lèi)型生成具體類(lèi)的模具
template<class T>
class Vector
{
public :
	Vector(size_t capacity = 10)
	: _pData(new T[capacity])
	, _size(0)
	, _capacity(capacity)
{}
// 使用析構(gòu)函數(shù)演示:在類(lèi)中聲明,在類(lèi)外定義。
	~Vector();
	void PushBack(const T& data);
	void PopBack();
// ...
	size_t Size() {return _size;}
	T& operator[](size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		return _pData[pos];
	}
private:
	T* _pData;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};
// 注意:類(lèi)模板中函數(shù)放在類(lèi)外進(jìn)行定義時(shí),需要加模板參數(shù)列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
	if(_pData)
	delete[] _pData;
	_size = _capacity = 0;
}

(2)類(lèi)模板的實(shí)例化

類(lèi)模板實(shí)例化與函數(shù)模板實(shí)例化不同,類(lèi)模板實(shí)例化需要在類(lèi)模板名字后跟<>,然后將實(shí)例化的類(lèi)型放在<>中即可,類(lèi)模板名字不是真正的類(lèi),而實(shí)例化的結(jié)果才是真正的類(lèi)。

// Vector類(lèi)名,Vector<int>才是類(lèi)型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

總結(jié)

本篇文章就到這里了,希望能給你帶來(lái)幫助,也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!

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