25.C++- 泛型编程之函数模板(详解)

本章学习:

1)初探函数模板

2)深入理解函数模板

3)多参函数模板

4)重载函数模板

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当我们想写个Swap()交换函数时,通常这样写:

void Swap(int& a, int& b)
{
    int c = a;
    a = b;
    b = c;
}

但是这个函数仅仅只能支持int类型,如果我们想实现交换double,float,string等等时,就还需要从新去构造Swap()重载函数，这样不但重复劳动，容易出错，而且还带来很大的维护和调试工作量。更糟的是，还会增加可执行文件的大小.

所以C++引入了泛型编程概念

在C++里,通过函数模板和类模板来实现泛型编程(类模板在下章将讲解)

函数模板

• 一种特殊的函数,可通过不同类型进行调用
• 函数模板是C++中重要的代码复用方式
• 通过template关键字来声明使用模板
• 通过typename关键字来定义模板类型

比如:

template <typename T>       //声明使用模板,并定义T是一个模板类型

void Swap(T& a, T& b)           //紧接着使用T
{
    T c = a;
    a = b;
    b = c;
} 

当我们使用int类型参数来调用上面的Swap()时,则T就会自动转换为int类型.

函数模板的使用

• 分为自动调用和显示调用

例如,我们写了一个Swap函数模板,然后在main()函数里写入:

int a=;
int b=;

Swap(a,b);                   //自动调用,编译器根据a和b的类型来推导

float c=;
float d=;

Swap<float>(c,d);           //显示调用,告诉编译器,调用的参数是float类型

初探函数模板

写两个函数模板,一个用来排序数组,一个用来打印数组,代码如下:

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template < typename T >
void Sort(T a[], int len)
{
       for(int i=;i<len;i++)
       for(int j=;j<i;j++)
       if(a[i]<a[j])
       {
               T t=a[i];
               a[i]=a[j];
               a[j]=t;
       }
}

template < typename T >
void Println(T a[], int len)
{
     for(int i=; i<len; i++)
    {
        cout << a[i] << ", ";
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    int a[] = {, , , , };

    Sort(a, );            //自动调用,编译器根据a和5的类型来推导
    Println<int>(a, );    //显示调用,告诉编译器,调用的参数是int类型

    string s[] = {"Java", "C++", "Pascal", "Ruby", "Basic"};

    Sort(s, );
    Println(s, ); 
    return ;
}

运行打印:

,,,,,
Basic,C++, Java,Pascal,Ruby,

深入理解函数模板

为什么函数模板能够执行不同的类型参数?

答:

• 其实编译器对函数模板进行了两次编译
• 第一次编译时,首先去检查函数模板本身有没有语法错误
• 第二次编译时,会去找调用函数模板的代码,然后通过代码的真正参数,来生成真正的函数。
• 所以函数模板,其实只是一个模具,当我们调用它时,编译器就会给我们生成真正的函数.

试验函数模板是否生成真正的函数

通过两个不同类型的函数指针指向函数模板,然后打印指针地址是否一致,代码如下:

#include <iostream>

using namespace std;
template <typename T>
void Swap(T& a, T& b)
{
    T c = a;
    a = b;
    b = c;
}   

int main()
{
    void (*FPii)(int&,int&);  

    FPii = Swap ;                   //函数指针FPii

    void (*FPff)(float&,float&);

    FPff = Swap ;                  //函数指针FPff

    cout<<reinterpret_cast<void *>(FPii)<<endl;
    cout<<reinterpret_cast<void *>(FPff)<<endl;
   //cout<<reinterpret_cast<void *>(Swap)<<endl;
              //编译该行会出错,因为Swap()只是个模板,并不是一个真正函数
    return ;
}

运行打印:

0x41ba98
0x41ba70

可以发现两个不同类型的函数指针,指向同一个函数模板,打印的地址却都不一样,显然编译器默默帮我们生成了两个不同的真正函数

多参数函数模板

在我们之前小节学的函数模板都是单参数的, 其实函数模板可以定义任意多个不同的类型参数,例如:

template <typename T1,typename T2,typename T3>
T1 Add(T2 a,T3 b)
{
    return static_cast<T1>(a+b);
}

注意:

• 工程中一般都将返回值参数作为第一个模板类型
• 如果返回值参数作为了模板类型,则必须需要指定返回值模板类型.因为编译器无法推导出返回值类型
• 可以从左向右部分指定类型参数

接下来开始试验多参数函数模板

#include <iostream>

using namespace std;

template<typename T1,typename T2,typename T3>
T1 Add(T2 a,T3 b)
{
       return static_cast<T1>(a+b);
}

int main()
{
       // int a = add(1,1.5);       //该行编译出错,没有指定返回值类型

       int a = Add<int>(,1.5);
       cout<<a<<endl;                  //

       float b = Add<float,int,float>(,1.5);
       cout<<b<<endl;                  //2.5

       return ;
}

运行打印:

2.5

重载函数模板

• 函数模板可以像普通函数一样被重载
• 函数模板不接受隐式转换
• 当有函数模板,以及普通重载函数时,编译器会优先考虑普通函数
• 如果普通函数的参数无法匹配,编译器会尝试进行隐式转换,若转换成功,便调用普通函数
• 若转换失败,编译器便调用函数模板
• 可以通过空模板实参列表来限定编译器只匹配函数模板

接下来开始试验重载函数模板

#include <iostream>

using namespace std; 

template <typename T>
T Max(T a,T b)
{
    cout<<"T Max(T a,T b)"<<endl;
    return a > b ? a : b;
} 

template <typename T>
T Max(T* a,T* b)                    //重载函数模板
{
    cout<<"T Max(T* a,T* b)"<<endl;
    return *a > *b ? *a : *b;
} 

int Max(int a,int b)                //重载普通函数
{
    cout<<"int Max(int a,int b)"<<endl;
    return a > b ? a : b;
}  

int main()
{
    int a=;
    int b=;

    cout<<"a:b="<<Max(a,b) <<endl ;        //调用普通函数 Max(int,int)

    cout<<"a:b="<<Max<>(a,b)<<endl;        //通过模板参数表 调用 函数模板 Max(int,int)

    cout<<"1.5:2.0="<<Max(1.5,2.0)<<endl;
     //由于两个参数默认都是double,所以无法隐式转换,则调用函数模板 Max(double,double)

    int *p1 = new int();
    int *p2 = new int(); 

    cout<<"*p1:*p2="<<Max(p1,p2)<<endl;  // 调用重载函数模板 Max(int* ,int* )    

    cout<<"'a',100="<< Max('a',)<<endl;
    //将char类型进行隐式转换,从而调用普通函数 Max(int,int)

    delete p1;
    delete p2; 

    return ;
}

运行打印:

int Max(int a,int b)
a:b=1
T Max(T a,T b)
a:b=1
 
T Max(T a,T b)
1.5:2.0=2
T Max(T* a,T* b)
*p1:*p2=2
int Max(int a,int b)
'a',=

接下来下章来学习: 26.C++- 泛型编程之类模板(详解)