引言
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模板(Template)指C++程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)語(yǔ)言中采用類型作為參數(shù)的程序設(shè)計(jì),支持通用程序設(shè)計(jì)。C++ 的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供許多有用的函數(shù)大多結(jié)合了模板的觀念,如STL以及IO Stream。
函數(shù)模板
在c++入門中,很多人會(huì)接觸swap(int&, int&)
這樣的函數(shù)類似代碼如下:
void swap(int&a , int& b) { int temp = a; a = b; b = temp; }
但是如果是要支持long,string,自定義class的swap函數(shù),代碼和上述代碼差不多,只是類型不同,這個(gè)時(shí)候就是我們定義swap的函數(shù)模板,就可以復(fù)用不同類型的swap函數(shù)代碼,函數(shù)模板的聲明形式如下:
template <class identifier> function_declaration; template <typename identifier> function_declaration;
swap函數(shù)模板的聲明和定義代碼如下:
//method.h template<typename T> void swap(T& t1, T& t2); #include "method.cpp" //method.cpp template<typename T> void swap(T& t1, T& t2) { T tmpT; tmpT = t1; t1 = t2; t2 = tmpT; }
上述是模板的聲明和定義了,那模板如何實(shí)例化呢,模板的實(shí)例化是編譯器做的事情,與程序員無(wú)關(guān),那么上述模板如何使用呢,代碼如下:
//main.cpp #include <stdio.h> #include "method.h" int main() { //模板方法 int num1 = 1, num2 = 2; swap<int>(num1, num2); printf("num1:%d, num2:%d\n", num1, num2); return 0; }
這里使用swap函數(shù),必須包含swap的定義,否則編譯會(huì)出錯(cuò),這個(gè)和一般的函數(shù)使用不一樣。所以必須在method.h文件的最后一行加入#include "method.cpp
"。
類模板
考慮我們寫一個(gè)簡(jiǎn)單的棧的類,這個(gè)??梢灾С謎nt類型,long類型,string類型等等,不利用類模板,我們就要寫三個(gè)以上的stack類,其中代碼基本一樣,通過(guò)類模板,我們可以定義一個(gè)簡(jiǎn)單的棧模板,再根據(jù)需要實(shí)例化為int棧,long棧,string棧。
//statck.h template <class T> class Stack { public: Stack(); ~Stack(); void push(T t); T pop(); bool isEmpty(); private: T *m_pT; int m_maxSize; int m_size; }; #include "stack.cpp" //stack.cpp template <class T> Stack<T>::Stack(){ m_maxSize = 100; m_size = 0; m_pT = new T[m_maxSize]; } template <class T> Stack<T>::~Stack() { delete [] m_pT ; } template <class T> void Stack<T>::push(T t) { m_size++; m_pT[m_size - 1] = t; } template <class T> T Stack<T>::pop() { T t = m_pT[m_size - 1]; m_size--; return t; } template <class T> bool Stack<T>::isEmpty() { return m_size == 0; }
上述定義了一個(gè)類模板--棧,這個(gè)棧很簡(jiǎn)單,只是為了說(shuō)明類模板如何使用而已,最多只能支持100個(gè)元素入棧,使用示例如下:
//main.cpp #include <stdio.h> #include "stack.h" int main() { Stack<int> intStack; intStack.push(1); intStack.push(2); intStack.push(3); while (!intStack.isEmpty()) { printf("num:%d\n", intStack.pop()); } return 0; }
模板參數(shù)
模板可以有類型參數(shù),也可以有常規(guī)的類型參數(shù)int,也可以有默認(rèn)模板參數(shù),例如
template<class T, T def_val> class Stack{...}
上述類模板的棧有一個(gè)限制,就是最多只能支持100個(gè)元素,我們可以使用模板參數(shù)配置這個(gè)棧的最大元素?cái)?shù),如果不配置,就設(shè)置默認(rèn)最大值為100,代碼如下:
//statck.h template <class T,int maxsize = 100> class Stack { public: Stack(); ~Stack(); void push(T t); T pop(); bool isEmpty(); private: T *m_pT; int m_maxSize; int m_size; }; #include "stack.cpp" //stack.cpp template <class T,int maxsize> Stack<T, maxsize>::Stack(){ m_maxSize = maxsize; m_size = 0; m_pT = new T[m_maxSize]; } template <class T,int maxsize> Stack<T, maxsize>::~Stack() { delete [] m_pT ; } template <class T,int maxsize> void Stack<T, maxsize>::push(T t) { m_size++; m_pT[m_size - 1] = t; } template <class T,int maxsize> T Stack<T, maxsize>::pop() { T t = m_pT[m_size - 1]; m_size--; return t; } template <class T,int maxsize> bool Stack<T, maxsize>::isEmpty() { return m_size == 0; }
使用示例如下:
//main.cpp #include <stdio.h> #include "stack.h" int main() { int maxsize = 1024; Stack<int,1024> intStack; for (int i = 0; i < maxsize; i++) { intStack.push(i); } while (!intStack.isEmpty()) { printf("num:%d\n", intStack.pop()); } return 0; }
模板專門化
當(dāng)我們要定義模板的不同實(shí)現(xiàn),我們可以使用模板的專門化。例如我們定義的stack類模板,如果是char*類型的棧,我們希望可以復(fù)制char的所有數(shù)據(jù)到stack類中,因?yàn)橹皇潜4鎐har指針,char指針指向的內(nèi)存有可能會(huì)失效,stack彈出的堆棧元素char指針,指向的內(nèi)存可能已經(jīng)無(wú)效了。還有我們定義的swap函數(shù)模板,在vector或者list等容器類型時(shí),如果容器保存的對(duì)象很大,會(huì)占用大量?jī)?nèi)存,性能下降,因?yàn)橐a(chǎn)生一個(gè)臨時(shí)的大對(duì)象保存a,這些都需要模板的專門化才能解決。
函數(shù)模板專門化
假設(shè)我們swap函數(shù)要處理一個(gè)情況,我們有兩個(gè)很多元素的vector<int>,在使用原來(lái)的swap函數(shù),執(zhí)行tmpT = t1要拷貝t1的全部元素,占用大量?jī)?nèi)存,造成性能下降,于是我們系統(tǒng)通過(guò)vector.swap函數(shù)解決這個(gè)問(wèn)題,代碼如下:
//method.h template<class T> void swap(T& t1, T& t2); #include "method.cpp" #include <vector> using namespace std; template<class T> void swap(T& t1, T& t2) { T tmpT; tmpT = t1; t1 = t2; t2 = tmpT; } template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) { t1.swap(t2); }
template<>前綴表示這是一個(gè)專門化,描述時(shí)不用模板參數(shù),使用示例如下:
//main.cpp #include <stdio.h> #include <vector> #include <string> #include "method.h" int main() { using namespace std; //模板方法 string str1 = "1", str2 = "2"; swap(str1, str2); printf("str1:%s, str2:%s\n", str1.c_str(), str2.c_str()); vector<int> v1, v2; v1.push_back(1); v2.push_back(2); swap(v1, v2); for (int i = 0; i < v1.size(); i++) { printf("v1[%d]:%d\n", i, v1[i]); } for (int i = 0; i < v2.size(); i++) { printf("v2[%d]:%d\n", i, v2[i]); } return 0; }
vector<int>
的swap代碼還是比較局限,如果要用模板專門化解決所有vector的swap,該如何做呢,只需要把下面代碼
template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) { t1.swap(t2);}
改為
template<class V> void swap(std::vector<V>& t1, std::vector<V>& t2) { t1.swap(t2); }
就可以了,其他代碼不變。
類模板專門化
請(qǐng)看下面compare代碼:
//compare.h template <class T> class compare { public: bool equal(T t1, T t2) { return t1 == t2; } }; #include <iostream> #include "compare.h" int main() { using namespace std; char str1[] = "Hello"; char str2[] = "Hello"; compare<int> c1; compare<char *> c2; cout << c1.equal(1, 1) << endl; //比較兩個(gè)int類型的參數(shù) cout << c2.equal(str1, str2) << endl; //比較兩個(gè)char *類型的參數(shù) return 0; }
在比較兩個(gè)整數(shù),compare的equal方法是正確的,但是compare的模板參數(shù)是char*時(shí),這個(gè)模板就不能工作了,于是修改如下:
//compare.h #include <string.h> template <class T> class compare { public: bool equal(T t1, T t2) { return t1 == t2; } }; template<>class compare<char *> { public: bool equal(char* t1, char* t2) { return strcmp(t1, t2) == 0; } };
main.cpp文件不變,此代碼可以正常工作。
模板類型轉(zhuǎn)換
還記得我們自定義的Stack模板嗎,在我們的程序中,假設(shè)我們定義了Shape和Circle類,代碼如下:
//shape.h class Shape { }; class Circle : public Shape { };
然后我們希望可以這么使用:
這里是無(wú)法
//main.cpp #include <stdio.h> #include "stack.h" #include "shape.h" int main() { Stack<Circle*> pcircleStack; Stack<Shape*> pshapeStack; pcircleStack.push(new Circle); pshapeStack = pcircleStack; return 0; }
編譯的,因?yàn)?code>Stack<Shape*>不是Stack<Circle*>
的父類,然而我們卻希望代碼可以這么工作,那我們就要定義轉(zhuǎn)換運(yùn)算符了,Stack代碼如下:
//statck.h template <class T> class Stack { public: Stack(); ~Stack(); void push(T t); T pop(); bool isEmpty(); template<class T2> operator Stack<T2>(); private: T *m_pT; int m_maxSize; int m_size; }; #include "stack.cpp" template <class T> Stack<T>::Stack(){ m_maxSize = 100; m_size = 0; m_pT = new T[m_maxSize]; } template <class T> Stack<T>::~Stack() { delete [] m_pT ; } template <class T> void Stack<T>::push(T t) { m_size++; m_pT[m_size - 1] = t; } template <class T> T Stack<T>::pop() { T t = m_pT[m_size - 1]; m_size--; return t; } template <class T> bool Stack<T>::isEmpty() { return m_size == 0; } template <class T> template <class T2> Stack<T>::operator Stack<T2>() { Stack<T2> StackT2; for (int i = 0; i < m_size; i++) { StackT2.push((T2)m_pT[m_size - 1]); } return StackT2; } //main.cpp #include <stdio.h> #include "stack.h" #include "shape.h" int main() { Stack<Circle*> pcircleStack; Stack<Shape*> pshapeStack; pcircleStack.push(new Circle); pshapeStack = pcircleStack; return 0; }
這樣,Stack<Circle>或者Stack<Circle*>就可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換為Stack<Shape>或者Stack<Shape*>,如果轉(zhuǎn)換的類型是Stack<int>到Stack<Shape>,編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)。
其他
一個(gè)類沒(méi)有模板參數(shù),但是成員函數(shù)有模板參數(shù),是可行的,代碼如下:
class Util { public: template <class T> bool equal(T t1, T t2) { return t1 == t2; } }; int main() { Util util; int a = 1, b = 2; util.equal<int>(1, 2); return 0; }
甚至可以把Util的equal聲明為static,代碼如下:
class Util { public: template <class T> static bool equal(T t1, T t2) { return t1 == t2; } }; int main() { int a = 1, b = 2; Util::equal<int>(1, 2); return 0; }
總結(jié)
到此這篇關(guān)于C++模板template用法總結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++模板template用法內(nèi)容請(qǐng)搜索創(chuàng)新互聯(lián)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持創(chuàng)新互聯(lián)!
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