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【C++】模板（初阶）

news 2025/7/7 22:13:02

1、泛型编程

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。模板是泛型编程的基础

2、函数模板

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。
template <typename T1, typename T2,......,typename Tn>
注意：typename 是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)

（1）函数模板的使用

//template<class T>
//template<typename T> //单参
//template<typename T1, typename T2> //多参//编译器用模板实例化生成对应的Swap函数
template<class T>
void Swap(T& left, T& right)
{T tmp = left;left = right;right = tmp;
}int main()
{int i = 0, j = 1;Swap(i, j);double x = 1.1, double y = 2.2;Swap(x, y);return 0;
}

函数模板是一个蓝图，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应该我们做的重复的事情交给了编译器。
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。

（2）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
【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()
{//隐式实例化cout << Add(1, 2) << endl;cout << Add((int)1.1, 2) << endl;cout << Add(1.1, (double)2) << endl;//显式实例化cout << Add<int>(1.1, 2) << endl;cout << Add<double>(1.1, 2) << endl;return 0;
}

（3）模板参数的匹配原则

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
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，那么将选择模板
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

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;//专门处理int的加法函数，非模板
int Add(int left, int right)
{return left + right;
}//通用加法函数模板
template<class T>
T Add(T left, T right)
{return left + right;
}int main()
{//与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化【有现成匹配的直接用】cout << Add(1, 2) << endl; //3//调用编译器特化的Add版本【强调了用模板】cout << Add<int>(1, 2) << endl; //3//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cout << Add(1, 2.0) << endl; //3return 0;
}

3、类模板

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

（1）类模板的使用

template<class T>
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 4){cout << "Stack()" << endl;_array = new T[capacity];_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(const T& data){_array[_size] = data;_size++;}~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;delete[] _array;_array = nullptr;_size = _capacity = 0;}private:T* _array;int _capacity;int _size;
};int main()
{//显示实例化Stack<int> st1; //intStack<double> st2; //doublest1.Push(1);st1.Push(2);st2.Push(1.1);st2.Push(2.2);return 0;
}

（2）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。
类模板必须显式实例化
类模板是一个类家族，模板类是通过类模板实例化的具体类

//【Stack类名，Stack<int>才是类型】
//显示实例化
Stack<int> st1; //int
Stack<double> st2; //double

（3）声明定义分离

声明定义分离时，不能分文件写，必须写在同一份文件内。
Vector<T>::~Vector() //Vector类名，Vector<int>才是类型【类型+作用于限定符+函数名】

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;template<class T>
class Vector
{
public:Vector(size_t capacity = 10): _pData(new T[capacity]), _size(0), _capacity(capacity){}//使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。~Vector();private:T* _pData;size_t _size;size_t _capacity;
};//注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector() //Vector类名，Vector<int>才是类型
{delete[] _pData;_pData = nullptr;_size = _capacity = 0;
}int main()
{Vector<int> s1;Vector<double> s2;return 0;
}