模板初阶

泛型编程

编写与类型无关的通用代码函数模板。

就好比写一个交换函数,在这之前我们需要用到函数重载


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;
}
......

但是其缺点也是很明显的

1. 重载的函数仅仅是类型不同,代码复用率比较低,只要有新类型出现时,就需要用户自己增

加对应的函数

2. 代码的可维护性比较低,一个出错可能所有的重载均出错

因此这里可以使用模板。

模板分为了两类函数模板,类模板

函数模板

概念

函数模板代表了一个函数家族,该函数模板与类型无关,在使用时被参数化,根据实参类型产生

函数的特定类型版本。

格式

template<typename/class T1,typename/class T2,........,typename/class Tn>

返回值类型 函数名称(参数列表){}

在这里我们就可以使用函数模板来写交换函数

template<typename T>

void swap(T &a, T &b)
{
	T tmp = b;
	b = a;
	a = tmp;

}
注意:typename用来定义模板参数关键字也可以使用class(切记:不能使用struct代替

class)

如果模板为template<typename T1,typename T2>则可以对两个不同类型的数据进行操作。若在关键字template中还有其他类型则都可以进行操作。


函数模板的原理

函数模板只是一个蓝图,它本身并不是函数是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来我们做的重复事情交给了编译器。

在编译器编译阶段,对于模板函数的使用,编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应
类型的函数以供调用。比如:当用double类型使用函数模板时,编译器通过对实参类型的推演,
将T确定为double类型,然后产生一份专门处理double类型的代码,对于字符类型也是如此。

函数模板的实例化

用不同类型的参数使用函数模板时,称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为:隐式实例化
和显式实例化

1、隐式实例化:让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
template<typename T>
T add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}




int main()
{
	int a1=2,a2=3;
	short b1 = 1.1, b2 = 3.4;
	/*swap(a, b);*/
	add(a1, a2);
	add(b1, b2);

	add(a1, (int)b1);//这种方式就是隐式实例化

	return 0;
}

上面弄代码中传不同类型的数据给模板时(改模板只有一个T),编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错。因此可用上述代码的隐式实例化。在这里面函数参数中尽量加上const(针对没有改变原变量值的函数尽量加上const),以防止变量改变。

2、显式实例化:在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
 
template<class T>
T add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

int main(void)
{
	int a = 10;
	double b = 20.0;
	// 显式实例化
	add<int>(a, b);
	return 0;
}

如果类型不匹配,编译器会尝试进行隐式类型转换,如果无法转换成功编译器将会报错。

模板参数的匹配原则

1. 一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在,而且该函数模板还可以被实例化为这
个非模板函数

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
	return left + right;
}
void Test()
{
	Add(1, 2); // 与非模板函数匹配,编译器不需要特化
	Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}

2. 对于非模板函数和同名函数模板,如果其他条件都相同,在调动时会优先调用非模板函数而
不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数, 那么将选择模


// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
	return left + right;
}
void Test()
{
	Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配,不需要函数模板实例化
	Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本,编译器根据实参生成更加匹配的
	//Add函数
}

3. 模板函数不允许自动类型转换,但普通函数可以进行自动类型转换

类模板

1、类模板的定义格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>//typename也可以
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

下面是用模板来实现栈

#include<iostream>
using namespace std;
// 类模版
template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		_array = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	void Push(const T& data);
private:
	T* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};
// 模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误,具体原因后面会讲
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
	// 扩容
	_array[_size] = data;
	++_size;
}
int main()
{
	Stack<int> st1; // int
	Stack<double> st2; // double
	return 0;
}

这里需要注意下扩容

if(-size==-capacity)
{
    T*tmp=new T[-capacity*2];
    memcpy(tmp,-array,sizeof(T)*-size);
    delete[]-arrary;
}

类模板的实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同,类模板实例化需要在类模板名字后跟<>,然后将实例化的
类型放在<>中即可,类模板名字不是真正的类,而实例化的结果才是真正的类。

// Stack是类名,Stack<int>才是类型
Stack<int> st1; // int
Stack<double> st2; // double

STL初阶

STL是什么

STL(standard template libaray-标准模板库)C++标准库的重要组成部分,不仅是一个可复用的
组件库,而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架

STL版本(了解)

原始版本
Alexander StepanovMeng Lee 在惠普实验室完成的原始版本,本着开源精神,他们声明允许
任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码,无需付费。唯一的条件就是也需要向原
始版本一样做开源使用。 HP 版本--所有STL实现版本的始祖。
P. J. 版本
P. J. Plauger开发,继承自HP版本,被Windows Visual C++采用,不能公开或修改,缺陷:可读
性比较低,符号命名比较怪异。
RW版本
Rouge Wage公司开发,继承自HP版本,被C+ + Builder 采用,不能公开或修改,可读性一
般。
SGI版本
Silicon Graphics Computer SystemsInc公司开发,继承自HP版 本。被GCC(Linux)采用,可
移植性好,可公开、修改甚至贩卖,从命名风格和编程 风格上看,阅读性非常高。我们后面学习
STL要阅读部分源代码,主要参考的就是这个版本

STL的六大组件

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