泛型编程
C++中引入了重载的概念,使得可以编写多个函数名相同但参数、返回值不同的函数,例如:
相同的函数名可以传入不同的参宿,进而调用不同的函数
但,即使有了重载,相同功能的函数 还要分别对不同的类型进行编写,未免过于繁琐
有没有一种方法,对于相同的功能,只需要定义一个类似 浇筑用的模具,让编译器 按照模具根据不同的类型 自动将函数 "铸造" 出来呢?
有!这就需要提到泛型编程了.
泛型编程:编写与类型无关的通用代码,是代码复用的一种手段。C++中模板是泛型编程的基础。
模板
C++中的的模板,分为两部分:
- 函数模板
- 类模板
本篇文章就从函数模板开始讲起
函数模板
函数模板代表了一种函数,而不是某个函数。
该函数模板与类型无关,只有在被使用的时候才会根据使用时实参的类型,产生该种函数特定类型的版本
类似于浇筑,铜水浇筑 得到铜制品,铝水浇筑 得到铝制品
函数模板的结构
函数模板跟普通的函数定义没有很大的差别,还以swap函数
为例,它的模板应该是:
即,函数模板的格式应该是:
template<typename T1, typename T2, ......, typename Tn>
函数返回值 函数名(参数列表)
{}
其中
T1
,T2
,Tn
等,都可以随意起名,其实就是表示 未知类型,且一个名字只能表示一个类型
而函数的内容及参数,都使用未知类型定义或声明就可以
而 模板只是模板,未使用时编译器不会实例化
函数模板的原理及实例化
函数模板是为编译器提供的
,编译器会在编译阶段,根据函数模板被使用时 实参的类型 来推断生成特定类型的函数
供其调用
还以swap函数
为例
这个就是函数模板大致的使用过程 及 结果
根据反汇编代码
可以看到,编译器是会对使用的函数模板进行实例化的,并且 函数调用 调用的不是模板,而是有模板实例化出的函数
上面的例子是让编译器对实参类型进行推断,进而实例化生成特定类型的函数,这种方法叫:
隐式实例化:让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
而,函数模板实例化函数还有另外一种方法:
显式实例化:在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
一般当编译器无法根据实参推演模板参数的实际类型时,就必须手动显式实例化
:
对于下面这种函数模板:
模板参数只用在了返回值类型上,而函数的参数的类型指定为 int
这样编译器是无法根据实参类型,进行推断的:
这时候,就必须使用显式实例化指定类型了:
显式实例化使用函数模板的格式就是:
在函数名和参数列表之间 + <类型>
:函数名<类型>(参数)
当然,不只是无法隐式实例化才能使用显式实例化的,任何函数模板都可以显式实例化
即使编译器可以推断出 模板参数的类型,也同样可以使用 显式实例化
而 关于隐式实例化
,除了上面正常使用的例子之外,还有一些需要注意的地方:
如果对只有一个模板参数的函数模板,传入两个不同类型的参数会发生什么?
发生这种情况,解决方法有两种:
强制类型转换
和显式实例化
,即:
但是由于这两种方式都发生了类型的转换,所以 对应的函数模板的参数也需要改变为const
修饰的:
PS:模板参数可以给缺省类型,模板函数的参数也可以给缺省类型
模板参数的匹配原则
如果存在 一个非模板函数 与 函数模板同名
-
在使用该函数时,
可以看到,当实参类型与非模板函数匹配时,优先调用非模板函数如果实参类型与非模板函数匹配,则优先调用非模板函数
当然也可以使用
显式实例化
强制走函数模板:
-
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。上面已经证实了
但是,如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数, 那么将选择函数模板
此例中,模板参数使用了两个,所以参数传入两个类型不报错,且调用模板参数实例化函数 -
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
类模板的结构
template<class T1, class T2, ......, class Tn>
class 类模板名
{//类模板成员
}
而类模板中成员的定义 就与 函数模板的定义一样
类模板中,成员函数在类外定义时:
- 需要加上模板参数列表
- 需要在成员函数前标明类域
类模板的实例化
与 函数模板的函数实例化不同,类模板 类的实例化必须显式实例化,不能推演
即:
以上面的类模板为例,这也说明了,类模板实例化类时,SeqList<类型>
才是类名,而SeqList
不是类名
模板 定义与声明 无法分离在两个文件中
模板 定义与声明 无法分离在两个文件中
,意思就是 模板的声明和定义必须统一放在头文件中
。否则会发生链接错误
为什么?
这个原因就要从编译链接的角度分析了
关于编译链接,可阅读博主文章:
首先要知道,编译链接的过程大致分为:预处理
、编译
、汇编
、链接
而前三个过程中,多个源文件之间是没有联系
的。
即,假如 模板的定义和声明分离在了两个文件中,也就是这样:
那么源文件经过预处理
之后就会大致变成这样,且文件名会变为.i
后缀:
可以非常明显的发现,main
函数所在文件里是没有关于类模板函数的定义
的
并且 直到 汇编操作之后,链接之前
,这两个文件之间是没有任何联系的
即, mian.i
不能向 template.i
寻找内容,template.i
也不能向 mian.i
寻找内容
这就导致了
template.i
文件中,没有需要类模板实例化的操作,所以不会进行类模板实例化mian.i
文件中,有需要类模板实例化的操作SeqList<int> slt;
,但是此文件的类模板中成员函数没有定义,只有声明
,所一直会生成相应的类的成员函数的符号,没有实质成员函数的地址
进而会导致,最后的链接
操作,两文件中都没有关于函数的地址,所以 只有函数名没有函数地址,会导致链接错误
所以,模板的定义与声明 最好不要分离到两个文件中
,如果非要分离在两个文件中,那就需要:
对需要实例化的模板,在模板定义位置显式实例化
: