- 模板就是将类型进行参数化
函数模板
//函数模板的定义格式
template<class 形参名,class 形参名...>
返回值类型 函数名(参数列表){
函数体;
}
- 模板形参不能为空,并且函数模板中每一个类型参数在函数参数表中至少使用一次,只有这样才能推断出具体的类型
template <class T>
T Add(T x1, T x2){
return x1+x2;
}
int main(){
cout<<Add(2,3)<<endl;//5
cout<<Add(3.2,1.4)<<endl;//4.6
return 0;
}
函数模板实例化
-
不能直接使用函数模板实现具体操作,必须对模板进行实例化,即将模板参数实例化,就是用具体的类型参数去替换函数模板中的模板参数,生成一个确定的具体类型的真正函数,才能实现运算操作
-
实例化方式
- 隐式实例化:根据具体的函数调用形式,推演出模板参数类型
- 显式实例化:通过显式声明形式指定模板参数类型
-
隐式实例化
-
上述代码中调用
Add(2,3)
的过程 -
编译器根据传入的实参2和3推断出模型形参类型是int
-
会将函数模板实例化出一个int类型的函数
-
int Add(int x1,int x2){ return x1+x2; }
-
编译器生成具体类型函数的过程称为实例化,生成的函数称为模板函数
-
生成int类型的函数后,再将2和3传入进行计算
-
当调用
Add(3.2,1.4)
又会生成一个float的函数 -
每次调用都会根据不同的类型实例化出不同类型的函数,所以最终可执行程序的大小和重载方式相比并不会减少,只是提高了程序员对代码的复用
-
问题:隐式实例化不能为同一个模板形参指定两种不同的类型,例如
Add(2,3.2)
,此时编译器会报错,因为编译器不能推断出T的类型
-
-
显式实例化
-
cout<<Add<int>(2,3.2)<<endl;//5 cout << Add<int>(2, static_cast<int>(3.2)) << endl;最好的方式是进行一个显式转换 cout<<Add<float>(3,2)<<endl;//5
-
-
函数模板也可以进行重载
template <class T>
T Add(T x1, T x2){
return x1+x2;
}
template <class T>
T Add(T x1, T x2, T x3){
return x1 + x2 + x3;
}
int main(){
cout<<Add(2,3)<<endl;//5
cout<<Add(3.2,1.4)<<endl;//4.6
cout<<Add<int>(2,3.2)<<endl;//5 cout << Add<int>(2, static_cast<int>(3.2)) << endl;最好的方式是进行一个显式转换
cout<<Add<float>(3,2)<<endl;//5
cout<<Add(1,2,3)<<endl;//6
return 0;
}
- 当模板函数和自己写的Add具有具体的int类型的函数而言,此时如果传入的参数是int则会调用具体化的int函数,即C++编译器优先考虑普通函数
类模板
//类模板定义格式
template <class 形参名, class 形参名>
class 类名{
}
- 由于类模板包含类型参数,因此也称为参数化类,如果说类是对象的抽象,对象是类的实例,则类模板是类的抽象,类是类模板的实例
template <class T1, class T2>
class Add{
private:
T1 x1;
T2 x2;
public:
Add(T1 x1, T2 x2):x1(x1),x2(x2){}
T1 get(){
return x1 + x2;
}
};
int main(){
Add<double,int> a(1.2,2);
cout<<a.get()<<endl;//3.2
return 0;
}
类模板实例化
- 使用类模板创建对象时,必须指明具体的数据类型,这和函数模板不一样,这是因为函数模板中一定会传递实参,可以根据实参推断出所有的数据类型,但是类模板中,构造函数时不一定会同时传递T1 T2,所以不一定会百分百推断出数据类型,因此需要显式传递
- 可以使用对象指针进行实例化
Add<double,int> *p1 = new Add<double,int>(1.2,2);
但是需要注意两边的模板参数需要相同
template <class T>
class A{
public:
T Add(T t1, T t2){
return t1 + t2;
}
};
int main(){
A<int> a;
cout<<a.Add(1.2,2)<<endl;
}
-
在函数模板中,不能进行自动转换,这是因为函数模板中需要根据实参来推断数据类型,而在类模板中,因为已经显式指定了int,所以会创建一个int的类,然后可以自动转换
-
在类模板外定义成员函数,格式
template <模板形参表>
函数返回类型 类名<模板形参名>::函数名(参数列表){}
template <class T>
class A{
public:
T Add(T t1, T t2){
return t1 + t2;
}
T sub(T t1, T t2);
};
template<class T>
T A<T>::sub(T t1, T t2) {
}
- 类模板在实例化时,带有模板形参的成员函数并不对着自动被实例化,只有当它被调用或取地址时才会被实例化。因为不被调用的时候,你根本不知道模板形参表中的数据类型是什么,想实例化就需要把所有的数据类型组合都实例化一遍,这显然是不可接受的
类模板与友元函数
非模板友元函数
- 在类模板中声明一个普通的友元函数,该函数时类模板所有实例的友元函数,可以访问全局对象,也可以使用全局指针访问非全局对象,可以创建自己的对象,也可以访问独立于对象模板的静态数据成员
#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
class A{
private:
T x1,x2;
static T x3;
public:
A(T x1,T x2):x1(x1),x2(x2){}
friend void func();
};
//这里进行特化赋值
template<>
int A<int>::x3 = 10;
template<>
double A<double>::x3 = 100;
void func(){
cout<<A<int>::x3<<endl;//10
cout<<A<double>::x3<<endl;//100
A<char> a('A','a');
cout<<a.x1<<" "<<a.x2<<endl;//A a
}
int main(){
func();
return 0;
}
- 如果func()中有一个特定类型的参数,则只能访问特定类型的数据
#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
class A{
private:
T x1,x2;
static T x3;
public:
A(T x1,T x2):x1(x1),x2(x2){}
friend void func(A<T> a1);
};
//这里进行特化赋值
template<>
int A<int>::x3 = 10;
template<>
double A<double>::x3 = 100;
void func(A<int> b){
cout<<A<int>::x3<<endl;//10
// cout<<A<double>::x3<<endl;//100此时就不可以访问double类型了
A<char> a('A','a');//可以正常创建别的类型的对象,因为这个创建是在任何地方都可以
// cout<<a.x1<<" "<<a.x2<<endl;//A a 这里也不可以访问了,因为不是char类型的友元函数
}
int main(){
func(A<int>(1,2));
return 0;
}
约束模板友元函数
- 这样的友元函数本身就是一个函数模板,但其实例化类型取决于类被实例化时的类型(被约束),每个类的实例化都会产生一个与之匹配的具体化的友元函数
#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
void func(T x1, T x2);
template <class T>
class A{
private:
T x1,x2;
public:
A(T x1, T x2):x1(x1),x2(x2){}
friend void func<T>(T x1,T x2);//这里也可以写成friend void func<>(T x1, T x2);因为可以推断出T的类型来
};
template <class T>
void func(T x1,T x2){
A<T> a1(x1,x2);
cout<<a1.x1<<" "<<a1.x2<<endl;
cout<<sizeof(A<T>)<<endl;
}
int main(){
func(1,2);//1 2 8
func<double>(1,2);// 1 2 16
}
非约束模板友元函数
- 在类内部声明友元函数模板,友元函数的模板形参与类模板的形参没有关系,此时友元函数为类模板的非约束模板友元函数
#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
void func(T x1, T x2);
template <class T>
class A{
private:
T x1,x2;
public:
A(T x1, T x2):x1(x1),x2(x2){}
template<class U,class V>
friend void func(U u, V v);
};
template <class U, class V>
void func(U u, V v){
cout<<u.x1<<endl;
cout<<v.x1<<endl;
}
int main(){
A<int> a1(1,2);
A<double> a2(2.3,4.5);
func(a1,a2);//1 2.3
}
模板的特化
- 模板特化:在原模板类的基础上,针对特殊类型所进行的特殊化的实现,分为函数模板特化和类模板特化
类模板特化
- 类模板的特化分为全特化和偏特化
- 全特化:对类模板参数列表的类型全部都确定
- 偏特化:对类模板的参数列表中的部分参数进行确定化。分为部分特化和参数进一步限制
#include <iostream>
using namespace std;
template <class A, class B>
class C{
public:
C(){
cout<<"template<class A, class B> class C"<<endl;
}
};
//全特化
template <>
class C<int,double>{
public:
C(){
cout<<"template<> class C<int,double>"<<endl;
}
};
//偏特化
template <class A>
class C<A,int>{
public:
C(){
cout<<"template<class A> class C<A,int>"<<endl;
}
};
//偏特化不一定指的是特化部分参数,而是对模板类型的进一步限制
template <class A, class B>
class C<A*,B*>{
public:
C(){
cout<<"template<class A,class B> class C<A*,B*>"<<endl;
}
};
int main(){
C<int,int> c1;//template<class A> class C<A,int>
C<double,double> c2;//template<class A, class B> class C
C<int,double> c3;//template<> class C<int,double>
C<int*,double> c4;//template<class A, class B> class C
C<int*,double*> c5;//template<class A,class B> class C<A*,B*>
}
函数模板特化
- 函数模板只支持全特化,不支持偏特化
#include <iostream>
using namespace std;
template <class T1,class T2>
int compare(const T1& v1, const T2& v2){
cout<<"template <class T>"<<endl;
return 0;
}
template <>
int compare<int,int>(const int& v1, const int& v2){
cout<<"template<>"<<endl;
return 0;
}
//不支持偏特化
//template <class T1>
//int compare<T1,int>(const T1& v1, const int& v2){
// cout<<"template<class T1>"<<endl;
// return 0;
//}
int main(){
compare(1,1);//template<>
compare(1.2,2.3);//template <class T>
}
- 但是函数偏特化的功能也不是不能实现,并且有两种方式进行实现
//方式1
//将第二个参数为int的情况排除掉
//然后再写一个专门的一个参数的模板,这样可以实现函数模板的功能
#include <iostream>
#include <type_traits>
template <typename A, typename B>
typename std::enable_if<!std::is_same<B, int>::value>::type f(A a, B b) {
std::cout << "template <typename A, typename B>" << std::endl;
}
template <typename A>
void f(A a, int b) {
std::cout << "template <typename A>" << std::endl;
}
int main() {
f(10, 5); // template <typename A>
f(10, 5.5); // template <typename A, typename B>
return 0;
}
//方式2
//使用结构体进行封装
#include <iostream>
using namespace std;
template<class A,class B>
struct C{
C(A a,B b){}
void operator()() {
std::cout << "template<class A,class B>" << std::endl;
}
};
template <typename A>
struct C<A,int>{
C(A a,int b){}
void operator()() {
std::cout << "template <typename A>" << std::endl;
}
};
int main(){
C<int,int>(10,5)();//template <typename A>
C<int,double>(10,5.5)();//template<class A,class B>
return 0;
}
标签:函数,int,c++,详解,template,x2,x1,模板
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