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分享C++ 面向对象（类和对象）—— 函数模板
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模板
- 本阶段主要针对于==C++范式编程和STL技术==进行详细讲解，探讨 C++ 更深层的应用
template<class T> — 类模板template<typename T> — 函数模板
这两种模板的形式，在作用上是无差别的，唯一用法可能只是在于对函数模板和类模板的区分
一、模板简介
- 类型安全：模板提供了类型安全，因为编译器会在编译时检查类型错误。
- 代码重用：通过使用模板，你可以编写一次代码，然后对多种类型重用它，从而减少代码重复，提高复用性。
- 性能：模板在编译时实例化，这意味着没有运行时开销，性能通常比使用虚函数或动态类型识别（如
typeid）更好。
模板就是建立通用的摸具，大大提高复用性
模板的特点：
模板不可以直接使用，它只是一个框架
模板的通用并不是万能的
二、函数模板
- C++的另一种编程思想叫做泛型编程，主要利用的技术就是模板
- **C++提供两种模板机制：函数模板 ** 和 类模板
2.1函数模板的基本语法
- 函数模板的作用： 建立一个通用函数，其函数返回值类型和形参类型可以不具体制定，用一个虚拟类型来代表
C++
void func(int a);
| |
返回值类型 形参类型
T T 使用虚拟类型T来代表
语法：template <typename T> + 后紧跟 + 函数声明或定义
紧跟的这一部分（函数声明或定义）就叫做函数模板
template ---> 声明创建模板typename ---> 表示其后面的符号是一种数据类型，也可以使用class代替T ---> 通用的数据类型，名称可替换
模板存在的意义：数据类型的参数化
- 当我们打算实现两数交换，但我们并不明确两数的数据类型，我们可以写出
无数种方式
C++
内置数据类型
void SwapInt(int& x, int& y)
{
int temp = x;
x = y;
y = temp;
}
void SwapDouble(double& x, double& y)
{
double temp = x;
x = y;
y = temp;
}
自定义数据类型
void SwapPerson(Person& x, Person& y);...
- 但是，我们发现，除返回值类型与参数的数据类型不同外，其余代码逻辑都是相同的
- 于是函数模板就实现了
2.1.1函数模板的调用方式
C++
//声明一个模板，告诉编译器T是一个通用的数据类型，及告诉编译器模板T后紧跟着的那段代码不要报错！
template<typename T>
void My_Swap(T& x, T& y)
{
T temp = x;
x = y;
y = x;
}
--->模板的使用方式：
int main()
{
//1.自动类型推导
My_Swap(参数1， 参数2);
//2.显示指定类型(推荐 - 隐式类型转换) - 明确告诉编译器你想要的数据类型
My_Swap<数据类型>(参数1， 参数2);---><int>(a, b);
}
2.2函数模板的注意事项
注意事项：
- 自动类型推导，必须推导出一致的数据类型
T - 模板必须要确定
T的数据类型
1.自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T
C++
template<typename T>
void My_Swap(T& x, T& y)
{
...
}
int main()
{
int a = 1, b = 2;
char c = 'a';
My_Swap(a, b);--->true
My_Swap(a, c);--->false
return 0;
}
2.模板必须要确定T的数据类型
C++
template<typename T>
void func()--->函数体 func() 是函数模板，但没有指定模板参数 T 的具体类型
{
cout<< "func() 的调用" << endl;
}
int main()
{
func();--->也没有在调用 func 时提供类型参数
//如果想调用func()，那么可以给模板显示指定一个数据类型
func<int>();--->这样，就可以调用到func()
return 0;
}
2.4函数模板案例
案例描述：
- 利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同的数据类型进行排序
- 排序规则从大到小，排序算法为选择排序
- 分别用char数组和int数组进行排序
1.逐一解决模板，首先我们需要先建立一个排序模板
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T>
void My_Sort(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
int pos = i;//默认当前i位置下标所对应的元素为最大元素
for (int j = i + 1; j < len; j++)
{
if (arr[pos] < arr[j]) pos = j;
}
//当发现arr[i]不是最大值时，进行交换
if (pos != i) My_Swap(arr[pos], arr[i]);
}
}
void test01()
{
char chArr[] = "udoijqwadcknzx";
My_Sort(chArr, sizeof(chArr) / sizeof(char));
}
int main(){test01();return 0;}
2.在我们搭建排序模板的过程中，我们发现我们还需要一个支持两数交换的模板
C++
template<typename T>
void My_Swap(T& x, T& y)
{
T temp = x;
x = y;
y = temp;
}
3.当我们所有的算法步骤解决后，我们就可以再次利用模板的方式来输出结果了
C++
//输出模板
template<typename T>
void My_Print(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i < len; i++) cout << arr[i] << " ";
}
4.总代码：
#include<iostream>
using namespace std;
//交换模板
template<typename T>
void My_Swap(T& x, T& y)
{
T temp = x;
x = y;
y = temp;
}
//排序模板 - 从大到小
template<typename T>
void My_Sort(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
int pos = i;//默认当前i位置下标所对应的元素为最大元素
for (int j = i + 1; j < len; j++)
{
if (arr[pos] < arr[j]) pos = j;
}
//当发现arr[i]不是最大值时，进行交换
if (pos != i) My_Swap(arr[pos], arr[i]);
}
}
//输出模板
template<typename T>
void My_Print(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i < len; i++) cout << arr[i] << " ";
}
void test01() {
char charArr[] = "dasjhdaxaodnqb";
My_Sort(charArr, sizeof(charArr) / sizeof(char));
My_Print(charArr, sizeof(charArr) / sizeof(char));
}
void test02()
{
int intArr[] = { 4,8,4,3,1,3,1,3,13,3,21,56,46 };
My_Sort(intArr, sizeof(intArr) / sizeof(int));
My_Print(intArr, sizeof(intArr) / sizeof(int));
}
int main()
{
test01();
cout << endl;
test02();
return 0;
}
2.5普通函数和函数模板的区别
普通函数与 函数模板 的区别（是否会发生隐式类型转换）：
- 普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
- 函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式转换
- 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换
2.5.1隐式类型转换
- 在编程语言中，隐式类型转换 是指在程序运行过程中，由编译器自动进行的类型转换，而不需要程序员显式地指定。例如，在C++中，如果将一个整数赋值给一个浮点数变量，编译器会自动将整数转换为浮点数。这种转换是隐式的，因为它是在程序员不知情的情况下由编译器完成的。
隐式类型转换的常见情况：
- 数值类型之间的转换 在C++中，当将一个较小范围的整数类型（如
char或short）赋值给一个较大范围的整数类型（如int）时，会发生隐式类型转换。例如：
C++
char c = 'a';
int i = c; // char类型隐式转换为int类型
输出结果97
C++
int Add(int x, int y) return x + y;
void test()
{
int a = 10;
char c = 'a';
//发生隐式类型转换
cout << Add(a, c) << endl;--->109
}
- 函数模板 - 无法推导出一致的数据类型
C++
template<typename T>
void My_Add(T& x, T& y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int a = 10;
char c = 'c';
//1.自动类型推导
cout << My_Add(a, c);--->false
//2.显示指定类型
cout << My_Add<int>(a, c);--->true，会发生隐式类型转换
return 0;
}
- 总结：建议使用显示类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型
2.6普通函数和函数模板的调用规则
- 调用规则如下：
1.如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
2.可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
3.函数模板也可以发生重载
4.如果函数模板可以发生更好的匹配，优先调用函数模板
C++
void My_Print(int a, int b)--->哪怕只有函数声明 void My_Print(int a, int b);
{ 也无法直接调用不加空模板参数列表修饰的函数模板
cout << "调用普通函数" << endl;
}
template<typename T>
void My_Print(T& a, T& b)
{
cout << "调用函数模板" << endl;
}
int main()
{
int a = 10, b = 20;
My_Print(a, b);
return 0;
}
- 空模板参数列表：强制调用函数模板
C++
My_Print<>(a, b);
- 函数模板也可以发生函数重载
C++
template<typename T>
void My_Print(T& a, T& b)
{
cout << "调用函数模板" << endl;
}
template<typename T>
void My_Print(T& a, T& b, T& c)
{
cout << "调用重载的函数模板" << endl;
}
- 函数模板可以产生更好的匹配时，编译器会优先调用函数模板
C++
void My_Print(int a, int b)
{
cout << "调用普通函数" << endl;
}
template<typename T>
void My_Print(T& a, T& b)
{
cout << "调用函数模板" << endl;
}
int main()
{
char c1 = 'a', c2 = 'b';
My_Print(c1, c2);
return 0;
}
- 因为编译器认为，调用普通函数时还需要进行隐式类型转换，那就过于麻烦了，所以就不去调用普通函数了。
总结：当我们使用函数模板时，最好减少使用普通函数，否则容易出现二义性
2.7模板的局限性
局限性：
- 模板不是万能的
例如：
C++
template<typename T>
void f(T& a, T& b)
{
a = b;
}
如上述代码中，提供一个赋值操作，如果 a 和 b 是一个数组，就无法实现了
再例如：
C++
template<typename T>
void f(T& a, T& b)
{
if(a > b){ ... }
}
如上述代码中，如果 T 的数据类型传入的是像 Pereson 这样的自定义数据类型，也无法正常运行
因此，C++为了解决这种问题，提供了模板的重载，可以为这些特定的数据类型提供具体化的模板
C++
class Person
{
public:
Person(string Name, int Age)
{
this->Name = Name;
this->Age = Age;
}
public:
string Name;
int Age;
};
template<class T>
bool My_Compare(T& x, T& y)
{
return x == y;
}
int main()
{
Person p1("啦啦啦", 20);
Person p2("呦呦呦", 3);
cout << (My_Compare(p1, p2) ? "p1 == p2" : "p1 != p2") << endl;
return 0;
}
2.7.1运算符重载
- 解决方法一：运算符重载
C++
class Person
{
public:
bool operator== (const Person& other)
cosnt{
return Name == other.Name && Age == other.Age;
}
};
2.7.2具体化模板
- 利用 Person具体化的模板实现代码，且这种基于具体化实现的模板会优先被调用
C++
template<typename T>
bool My_Compare(T& p1, T& p2)--->函数模板声明
{
return p1 == p2;
}
template<> bool My_Compare(Person& p1, Person& p2)
{
return p1.Name == p2.Name && p1.Age == p2.Age;
}
- 相比于运算符重载，模板具体化的优点：可以省去对每一个运算符都进行重载的过程，大大降低了代码量
总结：
- 利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化
- 学习模板并不是为了写模板，而是为了在 STL 中能够运用系统提供的模板
文章来源： https://blog.csdn.net/2401_87692970/article/details/147032677
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