C++泛型編程基本概念詳解

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1.什麼是泛型編程？

比如說，我們如何實現一個通用的交換函數呢？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重載來實現，但是有一下幾個不好的地方：

（1）重載的函數僅僅隻是類型不同，代碼的復用率比較低，當新類型出現時，就需要增加對應的函數。

（2）代碼的可維護性比較低，一個出錯可能所有的重載均出錯。

泛型編程：編寫與類型無關的通用代碼，是代碼復用的一種手段。

模板是泛型編程的基礎。包括函數模板和類模板。

前面我們介紹的vector,list,map都是一種數據結構容器，

容器本身的存儲結構不同，各容器中存在的數據類型也可以不同。

但我們在訪問這些容器中數據時，擁有相同的方式。

這種方式就叫做“泛型編程”，顧名思義，不同的類型采用相同的方式來操作。

2.函數模板

(1)函數模板概念

函數模板代表瞭一個函數傢族，該函數模板與類型無關，在使用時被參數化，根據實參類型產生函數的特定類型版本。

(2)函數模板格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值類型 函數名(參數列表){}
//typename是用來定義模板參數關鍵字，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)函數模板的原理

函數模板是一個藍圖，它本身並不是函數，是編譯器通過使用方式產生特定具體類型函數的模具。所以其實模板就是將本來應該我們做的重復的事情交給瞭編譯器。

在編譯器編譯階段，對於函數模板的使用，編譯器需要根據傳入的實參類型來推演生成對應類型的函數以供調用。比如：當用double類型使用函數模板時，編譯器通過對實參類型的推演，將T確定為double類型，然後產生一份專門處理double類型的代碼，對於字符類型也是如此。

(4)函數模板的實例化

用不同類型的參數使用函數模板時，稱為函數模板的實例化。

模板參數實例化分為：隱式實例化和顯式實例化。

1)隱式實例化：讓編譯器根據實參推演模板參數的實際類型

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);
該語句不能通過編譯，因為在編譯期間，當編譯器看到該實例化時，需要推演其實參類型
通過實參a1將T推演為int，通過實參d1將T推演為double類型，但模板參數列表中隻有一個T，
編譯器無法確定此處到底該將T確定為int 或者 double類型而報錯
註意：在模板中，編譯器一般不會進行類型轉換操作，因為一旦轉化出問題，編譯器就需要背黑鍋
*/
// 此時有兩種處理方式：1. 用戶自己來強制轉化 2. 使用顯式實例化
Add(a1, (int)d1);
return 0;
}

2)顯式實例化：在函數名後的<>中指定模板參數的實際類型

int main(void)
{
	int a = 10;
	double b = 20.0;
	// 顯式實例化
	Add<int>(a, b);
	return 0;
	//如果類型不匹配，編譯器會嘗試進行隱式類型轉換，如果無法轉換成功編譯器將會報錯。
}

(5)模板參數的匹配原則

1）一個非模板函數可以和一個同名的模板函數同時存在，而且該函數模板還可以被實例化為這個非模板函數。

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

2）對於非模板函數和同名模板函數，如果其他條件都相同，在調動時會優先調用非模板函數而不會從該模板產生出一個實例。如果模板可以產生一個具有更好匹配的函數， 那麼將選擇模板。

int Add(int left, int right)  // 專門處理int的加法函數
{
	return left + right;
}
template<class T1, class T2>  // 通用加法函數
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
	return left + right;
}
void Test()
{
Add(1, 2); // 與非函數模板類型完全匹配，不需要函數模板實例化
Add(1, 2.0); // 模板函數可以生成更加匹配的版本，編譯器根據實參生成更加匹配的Add函
數
}

3.類模板

(1)類模板的定義格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 類模板名
{
	// 類內成員定義
};

// 動態順序表
// 註意：Vector不是具體的類，是編譯器根據被實例化的類型生成具體類的模具
template<class T>
class Vector
{
public :
	Vector(size_t capacity = 10)
	: _pData(new T[capacity])
	, _size(0)
	, _capacity(capacity)
{}
// 使用析構函數演示：在類中聲明，在類外定義。
	~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;
};
// 註意：類模板中函數放在類外進行定義時，需要加模板參數列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
	if(_pData)
	delete[] _pData;
	_size = _capacity = 0;
}

(2)類模板的實例化

類模板實例化與函數模板實例化不同，類模板實例化需要在類模板名字後跟<>，然後將實例化的類型放在<>中即可，類模板名字不是真正的類，而實例化的結果才是真正的類。

// Vector類名，Vector<int>才是類型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

總結

本篇文章就到這裡瞭，希望能給你帶來幫助，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容！

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