C++学习笔记35:函数模板

函数模板

函数模板的目的

• 设计通用的函数，以适应广泛的数据型式

函数模板的定义格式

• template<模板型式参数列表>返回值型式 函数名称（参数列表）；
• 原型：template<class T> void Swap(T &a, T&b);
• 实现：template<class T> void Swap(T &a , T&b){...}

函数模板的体化与特化

• 针对特定型参数，在声明或第一次调用该函数模板时体化
• 每次体化都形成针对特定型参数的重载函数版本
• 文件最终只保留特定型参数的一份体化后的函数
• 显式体化主要用于库的设计；显式特化覆盖体化的同型函体

//函数模板

template<class T> void f(T t) {/* */}

//显式体化：使用显式的长整型模板参数

template void f<long>(long n);

//显式体化：使用d的型式推导模板参数型式

template void f(double d);

//显式特化:使用显式的整型参数

template<>  void f<int> (int n);

//显式特化：使用c的型式推导模板参数型式

template<> void f(char c);

template <class T> void Swap(T &a, T &b)
{
    T a; t = a, a = b, b = t;
}
int main()
{
    int m = 11, n = 7;
    char a = 'A', b = 'B';
    double c = 1.0, d = 2.0;
    //正确调用，体化Swap(int &,int &)
    Swap(m, n);
    //正确调用，体化Swap(char &,char &)
    Swap<char>(m, n);
    //正确调用，体化Swap(double &, double &)
    Swap<double>(c, d);
    return 0;
}

函子

编写函数，求某个数据集的最小元，元素型式为T

• 实现策略：使用函数指针作为回调函数参数
• 实现策略：使用函子（function object, functor）作为回调函数参数

函数指针实现

//const T *a 指向数据集的基地址
//n为元素的个数
template<typename T>
const T &Min(const T *a, int n, bool(*compare)(const T&, const T&))
{
    int index = 0;
    for (int i = 1; i < n; i++)
    {
        if (comparer(a[i], a[index]))
            index = i;
    }
    return a[index];
}

函子

函子的目的

　　功能上：类似函数指针

　　实现上：重载函数调用操作符，必要时重载小于比较操作符

函子的优点

　　函数指针不能内联，而函子可以，效率更高

　　函子可以拥有任意数量的额外数据，可以保证结果和状态，提高代码的灵活性

　　编译时可对函子进行型式检查

函子实现

//使用方法

int a[8] = {9,2,3,4,5,6,7,8};

int min = Min(a,8,Comparer<int>());//构造匿名函子作为函数参数

template<typename T>class Comparer
{
public:
    //确保型式T已存在或重载operator<
    bool operator()(const T &a, const T &b)
    {
        return a < b;
    }
};

template<typename T,typename Comparer>
const T &Min(const T *a, int n, Comparer comparer)
{
    int index = 0;
    for (int i = 1; i < n; i++)
    {
        if (comparer(a[i], a[index]))
            index = i;
    }
    return a[index];
}

完美转发

完美转发的意义

• 库的设计者需要设计一个通用的函数，将接受到的参数转发给其他函数
• 转发过程中，所有参数保持原先的语义不变

完美转发的实现策略

• 当需要同时提供移动语义和拷贝语义时，要求重载大量建构函数，编程量大，易出错
• 右值引用与函数模板相互配合，可以实现完美转发，极大降低代码编写量

例子:

class A
{
public:
    A(const string &s, const string &t) :_s(s), _t(t) {}
    A(const string &s, string && t) :_s(s), _t(move(t)) {}
    A(string &&s, const string &t) :_s(move(s)), _t(t) {}
    A(string &&s, string &&t) :_s(move(s)), _t(move(t)) {}
private:
    string _s, _t;
};
int main()
{
    string s1("Hello");
    const string s2("World");
    A a1(s1, s2);
    A a3(string("Good"), s2);
    A a2(s1, string("Bingo"));
    A a4(string("Good"), string("Bingo"));
    return 0;
}

改进后：

class A
{
public:
    //根据实际参数型式生成不同的左值或右值引用的建构函数版本
    //T1或T2可以不同型，此处相同仅为示例
    //实参推演时，使用引用折叠机制
    //当形式参数为T&&型时，当且仅当实际参数为右值或者右值引用时
    //实际参数型式才为右值引用
    //引用折叠机制与const/volatile无关，保持其参数性质不变
    //std::forward<T>(t)转发参数的右值引用T&&
    template<typename T1, typename T2> A(T1 &&s, T2 &&t)
        :_s(std::forward<T1>(s)), _t(std::forward<T2>(t)) {}
private:
    std::string _s, _t;
};