C++超详细讲解泛型

1.了解泛型编程

就好比活字印刷术，可以灵活调整印刷的板块和内容，比只能固定印刷某一个内容的雕版印刷术效率更高，也让印刷术由此得到了更广泛的应用。

在c++中，函数重载和模板的出现，让泛型编程得到了实际的应用。其中模板，就是类似活字印刷术一样的存在。

2.函数模板

八八了那么多没用的，让我们来看看函数模板的语法实现吧

2.1简单示例

下面是一个最简单的交换函数的例子，通过标明模板参数T，让编译器自动识别函数传参，并调用出不同的函数

template<typename T>
void Swap(T& left,T& right)
{
    T temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}

其中，typename是定义模板的关键字，我们可以使用class来替代，但不能使用struct

可以看到，编译器成功调用了Swap函数，交换了int类型和double类型

2.2多个模板参数

如果我们尝试把int和double同时传参给这个函数，会发生什么呢？

编译器会报错，表示模板参数T不明确

这时候我们有几种解决方法

首先是将double强转为int（反过来亦可）

你会发现还是不行，那是因为强转并不支持用double引用int。所以我们把函数传参中的引用去掉，即可正常调用这个函数（暂且不提传引用和传值的区别）

使用多个模板参数

和函数传参类似，我们也可以设置多个模板参数

在下图中，我使用typeid关键字来打印模板参数T1和T2的类型。

使用typeid需要包含头文件#include <typeinfo>

可以看到，实际上函数在调用这个模板的时候，已经实例化了这个函数（即替换模板参数为正确参数类型）这时候在后台处理的时候，其实Show函数已经实例化为了下面这个样子

void Show(int left, double right)
{
    cout << typeid(left).name() << endl;
    cout << typeid(right).name() << endl;
}

2.3模板实例化

上面的方式，是编译器自动帮我们实例化模板参数。在实际使用中，我们还可以自己指定实例化为什么类型

• 利用强制类型转换
• 使用<int>直接指定实例化为int类型

使用第二种方式的时候，编译器会对另外一个不匹配的参数进行隐式类型转换。如果转换不成功，则会报错。

另外注意的是，函数模板参数T同样可以用来作为返回值，但是不能通过返回值来推断参数T的类型。比如下面这个函数，我们在使用的时候就需要直接指定模板参数T，而不能写一个int* ptr=test(10)让编译器通过“返回值是int*接收的，所以函数模板参数T是int”来推断。

template<typename T>
T* test(int num)
{
	return new T[num];
}

函数模板支持给予参数缺省值

当一个参数不确定的时候，函数模板是支持给予缺省值的

template<typename T=char>
T* test(int num)
{
	return new T[num];
}

比如这样，当我们没有直接指定的时候，编译器就会将T作为char类型，返回一个num大小的char（一个字节）的空间

注意：当有多个模板参数时，缺省值需要从右往左给

函数模板的传参也支持缺省值

template<typename T1>
void Add(T1 left, T1 right=10)
{
    cout << "Add temp "<<typeid(left).name() << " " << typeid(right).name() << endl;
    cout << left + right << endl << endl;
}
int main()
{
    int a=1;
    Add(a);
}

在这种情况下，编译器会正确调用该函数模板

2.4模板和普通函数同时存在

以Add函数为例，在函数模板存在的同时，我们还可以单独写一个int类型的add函数。这都归功于函数重载的存在。

同时，我们还可以使用<int>来指定函数模板重载为已存在的Add函数。因为本质上这两个函数是不同的，并不会冲突。

函数在调用的时候，首先会去调用已经存在的函数。当参数和已存在的函数不匹配时，才会调用函数模板

2.5函数模板不支持定义和声明分离

一般情况下，我们都会在头文件中生命函数，在另外一个源文件中定义函数。

但是模板是不支持这么做的！编译器会报错 链接错误

error LNK2019:无法解析的外部符号……

所以我们需要将函数模板的声明和定义放在一个头文件中。在部分使用场景，会使用.hpp来表示这个头文件是包含了函数定义的（即.h和.cpp的集合体）。需要注意，这并不是一个硬性要求，你也可以直接使用.h，并将声明和定义放入其中。

这是为什么呢？

因为单独的.h声明会在源文件顶部展开，而此时函数模板正常推演参数，但编译器并没有找到函数的实现，即这是一个没有地址的函数。从而导致编译器找不到函数的地址，产生了符号表的链接错误

有无解决办法？

其实是有的，我们可以在模板函数定义的.cpp中对我们需要使用的函数进行显式实例化指定

//头文件
//声明
template<typename T1>
void Add(T1 left, T1 right);
//源文件
//定义
template<typename T1>
void Add(T1 left, T1 right)
{
   cout << left + right << endl << endl;
}
//在源文件中显式实例化
template
void Add<int>(int left, int right);
template
void Add<double>(double left, double right);

显式实例化需要对我们要用的所有函数进行实例化，比如你需要用double类型，只显示实例化了int类型是不行的，依旧会报错。

这样感觉非常多余……对吧！所以还是老老实实把声明和定义放在同一个文件里面吧！

3.类模板

类模板的基本形式如下，这里作为一个小区分，我用class来当作模板参数名。实际上typename也是可以的

template<class T1, class T2, ...>class 类模板名{<!--{C}%3C!%2D%2D%20%2D%2D%3E-->// 类内成员定义}; template<class T1, class T2, ...>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};     

3.1简单示例

下面用一个非常简单的顺序表代码来演示一下类模板

template<class T>
class List
{
public:
    List(int capacity = 10)
        : _a(new T[capacity])
        , _size(0)
        , _capa(capacity)
    {}
 
    ~List();
    T& operator[](int pos)
    {
        assert(pos < _size);
        return _a[pos];
    }
private:
    T* _a;
    int _size;
    int _capa;
};
//类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template <class T>
List<T>::~List()
{
    delete[] _a;
    _size = _capa = 0;
}

可以看到，通过显式实例化的方式，我们成功让这个类模板变成了两个不同类型的顺序表

3.2成员函数声明和定义分离

其中需要注意的是析构函数，声明和定义分离的时候（同一文件），在定义的时候也需要加上模板参数

//类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template <class T>
List<T>::~List()
{
    delete[] _a;
    _size = _capa = 0;
}

个人觉得这样也非常麻烦，既然模板最好是声明和定义放在同一个文件，那还不如直接将类的成员函数直接定义到类内部。多省事！

如果是声明和定义放在不同文件中，显式实例化方式如下

template
class List <int>;
template
class List <double>;

需要什么类型的类，就得实例化这个类型。

到此这篇关于C++超详细讲解泛型的文章就介绍到这了,更多相关C++泛型内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！