C++语法篇之 Templates 模板_c++ templates-程序员宅基地

技术标签: C/C++  c++  

目录

1. 类型参数化

2. Templates 模板介绍

2.1 函数模板

2.1.1 函数模板的定义

2.1.2 函数模板示例

2.2 类模板

2.2.1 类模板的定义

2.2.2 类模板示例

2.3 非类型形参

3. 总结


1. 类型参数化

如果我们现在有一个针对int类型的swap函数:

void swap(int& x, int& y){
    int temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

现在需要实现针对doublechar类型的swap函数,通常的做法是复制swap函数的代码,并将swap中的int替换为doublechar

这种方法的缺点却很明显:程序中会存在功能相似的代码,后续如果想修改swap函数,需要同时修改针对 int doube char 类型的3个函数。

针对类型参数化的需求,C++为我们引入了模板的概念,来实现泛类型化编程。

2. Templates 模板介绍

2.1 函数模板

2.1.1 函数模板的定义

函数模板以template开始,后接模板参数表<>和函数声明。如下:

template <class T, class U, ......> function_declaration; 

template <typename Ttypename U, ......> function_declaration;

template 是模板关键字,class/typename 是声明类型 T U 的关键字 ,T 和 U 类型形参且不可为空,最后是函数声明。

2.1.2 函数模板示例

针对泛类型swap函数模板的完整示例:

#include <iostream>
using namespace std;

template < typename T >
void swap_usr(T& x, T& y){
    T temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

int main(){
    int a = 10;
    int b = 100;
    double x = 3.14;
    double y = 6.66;
    char i = '$';
    char j = '@';
    cout << "a b x y i j before swap" << endl;
    cout << "a:"<< a << " b:"<< b << endl;
    cout << "x:" << x << " y:" << y <<endl;
    cout << "i:" << i << " j:" << j <<endl;
    swap_usr(a, b);
    swap_usr(x, y);
    swap_usr(i, j);
    cout << "a b x y after swap" << endl;
    cout << "a:"<< a << " b:"<< b << endl;
    cout << "x:" << x << " y:" << y <<endl;
    cout << "i:" << i << " j:" << j <<endl;
    return 0;
}

程序运行结果:

before swap
a:10 b:100
x:3.14 y:6.66
i:$ j:@
after swap
a:100 b:10
x:6.66 y:3.14
i:@ j:$

类型形参还可以用于函数返回值:

template <class T>
T GetMax (T a, T b) {
  T result;
  result = (a>b)? a : b;
  return (result);
}

2.2 类模板

2.2.1 类模板的定义

类模板同样以template开始,后接模板参数表<>和类声明。

template <class T, class U, ......>

class Object { ... };

template 是模板关键字,class/typename 是声明模板形参TU的关键字,模板形参不能为空。模板形参TU可以用来声明类中的成员变量和成员函数。比如类模板AB的声明:

template<class T> class A{...};
template<class T, class U> class B{...};

类模板对象的创建:在<>中写入相应的类型,多个类型用逗号隔开。

A<int> a;
B<int, double> b;

2.2.2 类模板示例

实现一个简单的类模板mylist,用来生成不同类型的列表。

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

template <class T>
class mylist
{
    enum { MAX_SIZE = 10 };
    T list[MAX_SIZE];
public:
    void setItem(int x, T value);
    T getItem(int x);
};

template <class T>
void mylist<T>::setItem(int x, T value)
{
    list[x] = value;
}

template <class T>
T mylist<T>::getItem(int x)
{
    return list[x];
}

int main()
{
    mylist<int> myIntList;
    mylist<double> myDoubleList;
    myIntList.setItem(6, 7);
    myDoubleList.setItem(6, 99.6);
    cout << setw(3) << setfill('0') << myIntList.getItem(6) << endl;
    cout << myDoubleList.getItem(6) << endl;
    return 0;
}

程序输出结果:

007
99.6

2.3 非类型形参

模板的参数除了类型形参之外,还有非类型形参。类模板mylist可以通过传入非类型参数max_size来实现列表长度的自定义。

template <class T, int max_size>
class mylist
{
    T list[max_size];
public:
    void setItem(int x, T value);
    T getItem(int x);
};

//声明时需传入非类型参数
mylist<int, 10> myIntList;
mylist<double, 10> myDoubleList;

同时,也可以为非类型形参设定默认值。

template <class T, int max_size = 10>
class mylist{ ... };

对于非类型模板,还有以下几点需要注意:

  • 非类型模板的形参只能是整型,指针和引用。
  • 调用非类型模板形参的实参必须是一个常量表达式,即他必须能在编译时计算出结果。
  • 非类型形参一般不应用于函数模板中。

3. 总结

模板是C++程序设计中的绝佳武器,特别是结合了多重继承与运算符重载之后。另外,C++的标准库中有很多类结合了模板的概念,比如STLList Vector Map。能够用好模板,可以极大的减少重复代码,提高程序的多态性。

参考视频&文章

浙江大学 C++ 翁恺老师_哔哩哔哩_bilibili

C++ 模板详解(一) - zero516cn - 博客园

Templates - C++ Tutorials

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