C++编程语言中模板(template)介绍
泛型编程是一种代码编写方式,通过使用泛型编程,可以编写出独立于任何特定类型的代码。模板是泛型编程的基础,是创建泛型函数或类的蓝图(公式)。C++的STL(Standard Template Library)容器及其迭代器和算法,都是泛型编程的例子,它们都使用了模板的概念。每个容器都有一个单一的定义,比如vector,我们可以定义许多包含不同类型元素的vector,比如:“vector ”或“vec
本文主要介绍C++编程语言中模板(template)的相关知识,同时通过示例代码介绍模板的使用方法。
1 概述
1.1 What
泛型编程是一种代码编写方式,通过使用泛型编程,可以编写出独立于任何特定类型的代码。
模板是泛型编程的基础,是创建泛型函数或类的蓝图(公式)。
C++的STL(Standard Template Library)容器及其迭代器和算法,都是泛型编程的例子,它们都使用了模板的概念。每个容器都有一个单一的定义,比如vector,我们可以定义许多包含不同类型元素的vector,比如:“vector <int>”或“vector <string>”。
C++的模板包括函数模板和类模板。
注意:模板的声明或定义只能在全局、命名空间或类范围内进行,不能在局部范围、函数内进行,比如不能在main函数中声明或定义一个模板。
1.1.1 函数模板
把处理不同类型的公共逻辑抽象成函数,就得到了函数模板。函数模板可以用来创建一个通用的函数,以支持多种不同类型的形参,避免重复设计重载函数的函数体。
函数模板的最大特点是把函数使用的数据类型作为参数。
1.1.2 类模板
通过使用类模板,用户能够为类声明一种一般模式,使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取值为任意类型。
1.2 Why
C++是一门强类型语言,无法做到像一些动态语言(如Python、JavaScript)那样,编写出一段“可以处理传入的任意类型的变量”的通用逻辑。不过,泛型编程弥补了C++的这个缺点,通过把通用逻辑设计为模板,摆脱了类型的限制,提供了除继承机制外的另一种抽象机制,极大地提升了C++代码的可重用性。
1.3 How
1.3.1 函数模板的格式
template <typename type> retvalue-type func-name(parameter list)
{
// 函数的主体
}
说明:
- type是函数所使用的数据类型的占位符名称,这个占位符名称可以在函数定义中使用。需要注意的是,在实际使用过程中,通常会使用一些大写字母(如“T”)或单词来表示占位符名称;
- 关键字“typename”可替换为“class”,两者作用一样;
- retvalue-type为函数的返回值类型;
- 在实际使用时,为了让代码结构更加清晰,可将上述格式改为如下格式:
template <typename type> retvalue-type func-name(parameter list) { // 函数的主体 }
1.3.2 类模板的格式
template <typename type> class class-name {
// 类的主体
}
说明:
- type是类所使用的数据类型的占位符名称,这个占位符名称可以在类的定义中使用。需要注意的是,在实际使用过程中,通常会使用一些大写字母(如“T”)或单词来表示占位符名称;
- 关键字“typename”可替换为“class”,两者作用一样;
- 在实际使用时,为了结构清晰,可将上述格式改为如下格式:
template <typename type> class class-name { // 类的主体 }
2 示例代码
2.1 函数模板示例代码
模板函数的示例代码内容如下:
#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T>
T Max(T a, T b)
{
return (a > b ? a : b);
}
int main()
{
int i = 1;
int j = 2;
cout << "Max(i, j) is: " << Max(i, j) << endl;
cout << "Max<int>(i, j) is: " << Max<int>(i, j) << endl;
float x = 1.1;
float y = 2.2;
cout << "Max(x, y) is: " << Max(x, y) << endl;
return 0;
}
编译并运行上述代码,结果如下:
在上述结果中能够看到,通过使用函数模板,可以使函数Max支持多种类型(int和float)的参数比较,实现了泛型编程的效果。
2.1.1 函数模板的实参推断
在前面的函数模板的代码示例中,我们使用了两种方式为函数模板指定类型参数(注意这种叫法),如下:
cout << "Max(i, j) is: " << Max(i, j) << endl;
cout << "Max<int>(i, j) is: " << Max<int>(i, j) << endl;
正常情况下,使用“Max<int>(i, j)”这种形式为函数模板指定类型参数,这种方法可以理解为显式指定类型参数。而为了使用方便,除了显式为函数模板指定类型参数外,还可以让编译器从传递给函数的实参值推断出类型参数,这一功能被称为“模板实参推断”。如使用“Max(i, j)”这种形式时,编译器会根据“i”和“j”的实参值、推断出类型参数为int,其效果就相当于显式指定了int类型。
2.2 类模板示例代码
类模板的类声明示例代码内容如下:
#ifndef __TEMPLATE_CLASS_H__
#define __TEMPLATE_CLASS_H__
template <typename T>
class CTmpl
{
public:
// 成员函数声明
T FunA(T a, T b);
CTmpl();
};
#endif
类模板的类实现示例代码内容如下:
#include <iostream>
#include "template_class.h"
using namespace std;
template <typename T>
CTmpl<T>::CTmpl()
{
}
// 成员函数的具体实现
template <typename T>
T CTmpl<T>::FunA(T a, T b)
{
return (a + b);
}
int main()
{
CTmpl<int> tmpl_int;
cout << "tmpl_int.FunA(1, 2) is: " << tmpl_int.FunA(1, 2) << endl;
CTmpl<float> tmpl_float;
cout << "tmpl_float.FunA(1.1, 2.2) is: " << tmpl_float.FunA(1.1, 2.2) << endl;
return 0;
}
编译并运行上述代码,结果如下:
在上述结果中能够看到,通过使用类模板,可以使类CTmpl的成员函数支持多种类型(int和float),实现了泛型编程的效果。
在这里需要注意在类模板外部定义成员函数的方法,如下:
template <typename T>
retvalue-type class-name<T>::fun-name(parameter list)
{
// 函数的主体
}
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