C++ Template 基础篇(一):函数模板详解

 更新时间:2019年04月28日 14:19:15   作者:Gravitoon  
这篇文章主要介绍了C++ Template函数模板,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

Template所代表的泛型编程是C++语言中的重要的组成部分,我将通过几篇blog对这半年以来的学习做一个系统的总结,本文是基础篇的第一部分。

为什么要有泛型编程

C++是一门强类型语言,所以无法做到像动态语言(python javascript)那样子,编写一段通用的逻辑,可以把任意类型的变量传进去处理。泛型编程弥补了这个缺点,通过把通用逻辑设计为模板,摆脱了类型的限制,提供了继承机制以外的另一种抽象机制,极大地提升了代码的可重用性。

注意:模板定义本身不参与编译,而是编译器根据模板的用户使用模板时提供的类型参数生成代码,再进行编译,这一过程被称为模板实例化。用户提供不同的类型参数,就会实例化出不同的代码。

函数模板定义

把处理不同类型的公共逻辑抽象成函数,就得到了函数模板。

函数模板可以声明为inline或者constexpr的,将它们放在template之后,返回值之前即可。

普通函数模板

下面定义了一个名叫compare的函数模板,支持多种类型的通用比较逻辑。

template<typename T>
int compare(const T& left, const T& right) {
  if (left < right) {
    return -1; 
  }
  if (right < left) {
    return 1; 
  }
  return 0;
}

compare<int>(1, 2); //使用模板函数

成员函数模板

不仅普通函数可以定义为模板,类的成员函数也可以定义为模板。

class Printer {
public:
  template<typename T>
  void print(const T& t) {
    cout << t <<endl;
  }
};

Printer p;
p.print<const char*>("abc"); //打印abc

为什么成员函数模板不能是虚函数(virtual)?

这是因为c++ compiler在parse一个类的时候就要确定vtable的大小,如果允许一个虚函数是模板函数,那么compiler就需要在parse这个类之前扫描所有的代码,找出这个模板成员函数的调用(实例化),然后才能确定vtable的大小,而显然这是不可行的,除非改变当前compiler的工作机制。

实参推断

为了方便使用,除了直接为函数模板指定类型参数之外,我们还可以让编译器从传递给函数的实参推断类型参数,这一功能被称为模板实参推断。

如何使用

compare(1, 2); //推断T的类型为int
compare(1.0, 2.0); //推断T的类型为double
p.print("abc"); //推断T的类型为const char*

有意思的是,还可以通过把函数模板赋值给一个指定类型的函数指针,让编译器根据这个指针的类型,对模板实参进行推断。

int (*pf) (const int&, const int&) = compare; //推断T的类型为int

当返回值类型也是参数时

当一个模板函数的返回值类型需要用另外一个模板参数表示时,你无法利用实参推断获取全部的类型参数,这时有两种解决办法:

返回值类型与参数类型完全无关,那么就需要显示的指定返回值类型,其他的类型交给实参推断。

注意:此行为与函数的默认实参相同,我们必须从左向右逐一指定。

template<typename T1, typename T2, typename T3>
T1 sum(T2 v2, T3 v3) {
 return static_cast<T1>(v2 + v3);
}

auto ret = sum<long>(1L, 23); //指定T1, T2和T3交由编译器来推断

template<typename T1, typename T2, typename T3>
T3 sum_alternative(T1 v1, T2 v2) {
 return static_cast<T1>(v1 + v2);
}
auto ret = sum_alternative<long>(1L, 23); //error,只能从左向右逐一指定
auto ret = sum_alternative<long,int,long>(1L,23); //ok, 谁叫你把最后一个T3作为返回类型的呢?

返回值类型可以从参数类型中获得,那么把函数写成尾置返回类型的形式,就可以愉快的使用实参推断了。

template<typename It>
auto sum(It beg, It end) -> decltype(*beg) {
 decltype(*beg) ret = *beg;
 for (It it = beg+1; it != end; it++) {
   ret = ret + *it;
 }
 return ret;
}

vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
auto s = sum(v.begin(), v.end()); //s = 10

实参推断时的自动类型转换

编译器进行模板实参推断时通常不会对实参进行类型转换,只有以下几种情况例外:

  1. 普通对象赋值给const引用 int a = 0; -> const T&
  2. 数组名转换为头指针 int a[10] = {0}; -> T*
  3. 函数名转换为函数指针 void func(int a){...} -> T*

 函数模板重载

函数模板之间,函数模板与普通函数之间可以重载。编译器会根据调用时提供的函数参数,调用能够处理这一类型的最特殊的版本。在特殊性上,一般按照如下顺序考虑:

  1. 普通函数
  2. 特殊模板(限定了T的形式的,指针、引用、容器等)
  3. 普通模板(对T没有任何限制的)

对于如何判断某个模板更加特殊,原则如下:如果模板B的所有实例都可以实例化模板A,而反过来则不行,那么B就比A特殊。

template<typename T>
void func(T& t) { //通用模板函数
  cout << "In generic version template " << t << endl;
}

template<typename T>
void func(T* t) { //指针版本
  cout << "In pointer version template "<< *t << endl;
}

void func(string* s) { //普通函数
  cout << "In normal function " << *s << endl;
}

int i = 10;
func(i); //调用通用版本,其他函数或者无法实例化或者不匹配
func(&i); //调用指针版本,通用版本虽然也可以用,但是编译器选择最特殊的版本
string s = "abc";
func(&s); //调用普通函数,通用版本和特殊版本虽然也都可以用,但是编译器选择最特化的版本
func<>(&s); //调用指针版本,通过<>告诉编译器我们需要用template而不是普通函数

模板函数特化

有时通用的函数模板不能解决个别类型的问题,我们必须对此进行定制,这就是函数模板的特化。函数模板的特化必须把所有的模版参数全部指定。

template<>
void func(int i) {
  cout << "In special version for int "<< i << endl; 
}

int i = 10;
func(i); //调用特化版本

以上所述是小编给大家介绍的C++ Template函数模板解整合,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对脚本之家网站的支持!

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