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  • 函数模板

    • C++另一种编程思想称为 泛型编程 ,主要利用的技术就是模板

    • C++提供两种模板机制:函数模板类模板

    1 函数模板语法

    函数模板作用:

    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,用一个虚拟的类型来代表。

    语法:

    template<typename T>
    函数声明或定义
    

    解释:

    template --- 声明创建模板

    typename --- 表面其后面的符号是一种数据类型,可以用class代替

    T --- 通用的数据类型,名称可以替换,通常为大写字母

    示例:

    
    //交换整型函数
    void swapInt(int& a, int& b) {
    	int temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    //交换浮点型函数
    void swapDouble(double& a, double& b) {
    	double temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    //利用模板提供通用的交换函数
    template<typename T>
    void mySwap(T& a, T& b)
    {
    	T temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    void test01()
    {
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	
    	//swapInt(a, b);
    
    	//利用模板实现交换
    	//1、自动类型推导
    	mySwap(a, b);
    
    	//2、显示指定类型
    	mySwap<int>(a, b);
    
    	cout << "a = " << a << endl;
    	cout << "b = " << b << endl;
    
    }
    
    int main() {
    
    	test01();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }
    

    总结:

    • 函数模板利用关键字 template
    • 使用函数模板有两种方式:自动类型推导、显示指定类型
    • 模板的目的是为了提高复用性,将类型参数化

    2 函数模板注意事项

    注意事项:

    • 自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T,才可以使用

    • 模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用

    示例:

    //利用模板提供通用的交换函数
    template<class T>
    void mySwap(T& a, T& b)
    {
    	T temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    
    // 1、自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
    void test01()
    {
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	char c = 'c';
    
    	mySwap(a, b); // 正确,可以推导出一致的T
    	//mySwap(a, c); // 错误,推导不出一致的T类型
    }
    
    
    // 2、模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用
    template<class T>
    void func()
    {
    	cout << "func 调用" << endl;
    }
    
    void test02()
    {
    	//func(); //错误,模板不能独立使用,必须确定出T的类型
    	func<int>(); //利用显示指定类型的方式,给T一个类型,才可以使用该模板
    }
    
    int main() {
    
    	test01();
    	test02();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }
    

    总结:

    • 使用模板时必须确定出通用数据类型T,并且能够推导出一致的类型

    3 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,可以对不同数据类型数组进行排序
    • 排序规则从大到小,排序算法为选择排序
    • 分别利用char数组int数组进行测试

    示例:

    //交换的函数模板
    template<typename T>
    void mySwap(T &a, T&b)
    {
    	T temp = a;
    	a = b;
    	b = temp;
    }
    
    
    template<class T> // 也可以替换成typename
    //利用选择排序,进行对数组从大到小的排序
    void mySort(T arr[], int len)
    {
    	for (int i = 0; i < len; i++)
    	{
    		int max = i; //最大数的下标
    		for (int j = i + 1; j < len; j++)
    		{
    			if (arr[max] < arr[j])
    			{
    				max = j;
    			}
    		}
    		if (max != i) //如果最大数的下标不是i,交换两者
    		{
    			mySwap(arr[max], arr[i]);
    		}
    	}
    }
    template<typename T>
    void printArray(T arr[], int len) {
    
    	for (int i = 0; i < len; i++) {
    		cout << arr[i] << " ";
    	}
    	cout << endl;
    }
    void test01()
    {
    	//测试char数组
    	char charArr[] = "bdcfeagh";
    	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
    	mySort(charArr, num);
    	printArray(charArr, num);
    }
    
    void test02()
    {
    	//测试int数组
    	int intArr[] = { 7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 };
    	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
    	mySort(intArr, num);
    	printArray(intArr, num);
    }
    
    int main() {
    
    	test01();
    	test02();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }
    

    总结:模板可以提高代码复用,需要熟练掌握

    4 普通函数与函数模板的区别

    普通函数与函数模板区别:

    • 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,不会发生隐式类型转换
    • 如果利用显示指定类型的方式,可以发生隐式类型转换

    示例:

    //普通函数
    int myAdd01(int a, int b)
    {
    	return a + b;
    }
    
    //函数模板
    template<class T>
    T myAdd02(T a, T b)  
    {
    	return a + b;
    }
    
    //使用函数模板时,如果用自动类型推导,不会发生自动类型转换,即隐式类型转换
    void test01()
    {
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	char c = 'c';
    	
    	cout << myAdd01(a, c) << endl; //正确,将char类型的'c'隐式转换为int类型  'c' 对应 ASCII码 99
    
    	//myAdd02(a, c); // 报错,使用自动类型推导时,不会发生隐式类型转换
    
    	myAdd02<int>(a, c); //正确,如果用显示指定类型,可以发生隐式类型转换
    }
    
    int main() {
    
    	test01();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }
    

    总结:建议使用显示指定类型的方式,调用函数模板,因为可以自己确定通用类型T

    5 普通函数与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. 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板

    示例:

    //普通函数与函数模板调用规则
    void myPrint(int a, int b)
    {
    	cout << "调用的普通函数" << endl;
    }
    
    template<typename T>
    void myPrint(T a, T b) 
    { 
    	cout << "调用的模板" << endl;
    }
    
    template<typename T>
    void myPrint(T a, T b, T c) 
    { 
    	cout << "调用重载的模板" << endl; 
    }
    
    void test01()
    {
    	//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
    	// 注意 如果告诉编译器  普通函数是有的,但只是声明没有实现,或者不在当前文件内实现,就会报错找不到
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	myPrint(a, b); //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
    	myPrint<>(a, b); //调用函数模板
    
    	//3、函数模板也可以发生重载
    	int c = 30;
    	myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板
    
    	//4、 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
    	char c1 = 'a';
    	char c2 = 'b';
    	myPrint(c1, c2); //调用函数模板
    }
    
    int main() {
    
    	test01();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }
    

    总结:既然提供了函数模板,最好就不要提供普通函数,否则容易出现二义性

    6 模板的局限性

    局限性:

    • 模板的通用性并不是万能的

    例如:

    	template<class T>
    	void f(T a, T b)
    	{ 
        	a = b;
        }
    

    在上述代码中提供的赋值操作,如果传入的a和b是一个数组,就无法实现了

    再例如:

    	template<class T>
    	void f(T a, T b)
    	{ 
        	if(a > b) { ... }
        }
    

    在上述代码中,如果T的数据类型传入的是像Person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,提供模板的重载,可以为这些特定的类型提供具体化的模板

    示例:

    #include<iostream>
    using namespace std;
    
    #include <string>
    
    class Person
    {
    public:
    	Person(string name, int age)
    	{
    		this->m_Name = name;
    		this->m_Age = age;
    	}
    	string m_Name;
    	int m_Age;
    };
    
    //普通函数模板
    template<class T>
    bool myCompare(T& a, T& b)
    {
    	if (a == b)
    	{
    		return true;
    	}
    	else
    	{
    		return false;
    	}
    }
    
    
    //具体化,显示具体化的原型和定意思以template<>开头,并通过名称来指出类型
    //具体化优先于常规模板
    template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2)
    {
    	if ( p1.m_Name  == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age)
    	{
    		return true;
    	}
    	else
    	{
    		return false;
    	}
    }
    
    void test01()
    {
    	int a = 10;
    	int b = 20;
    	//内置数据类型可以直接使用通用的函数模板
    	bool ret = myCompare(a, b);
    	if (ret)
    	{
    		cout << "a == b " << endl;
    	}
    	else
    	{
    		cout << "a != b " << endl;
    	}
    }
    
    void test02()
    {
    	Person p1("Tom", 10);
    	Person p2("Tom", 10);
    	//自定义数据类型,不会调用普通的函数模板
    	//可以创建具体化的Person数据类型的模板,用于特殊处理这个类型
    	bool ret = myCompare(p1, p2);
    	if (ret)
    	{
    		cout << "p1 == p2 " << endl;
    	}
    	else
    	{
    		cout << "p1 != p2 " << endl;
    	}
    }
    
    int main() {
    
    	test01();
    
    	test02();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }
    

    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,而是在STL能够运用系统提供的模板
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