C++模板template用法总结

引言

模板(Template)指C++程序设计规划语言中动用类型作为参数的顺序设计,支持通用程序设计。C++
的标准库提供成千上万管用的函数大多成了模版的价值观,如STL以及IO Stream。

函数模板

每当c++入门中,很多人口会面硌swap(int&, int&)这样的函数类似代码如下:

void swap(int&a , int& b) {
    int temp = a;
    a =  b;
    b = temp;
}

不过要是是要支持long,string,自定义class的swap函数,代码和上述代码差不多,只是类型不同,这个上便是咱们定义swap的函数模板,就得复用不同品类的swap函数代码,函数模板的宣示形式如下:

 

template <class identifier> function_declaration;
template <typename identifier> function_declaration;

swap函数模板的扬言与概念代码如下:

//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;
}

 

上述是模板的声明和概念了,那模板如何实例化呢,模板的实例化是编译器做的政工,与程序员无关,那么上述模板如何用也,代码如下:

 

//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;
}

 

此处用swap函数,必须含有swap的概念,否则编译会出错,这个与一般的函数使用不相同。所以要在method.h文件之结尾一行在#include
“method.cpp”。

类模板

考虑我们刻画一个简短的堆栈的类似,这个库房可以支撑int类型,long类型,string类型等等,不使类似模板,我们且写三只以上的stack类,其中代码基本相同,通过类似模板,我们好定义一个简短的栈模板,再冲需要实例化为int栈,long栈,string栈。

 

//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;
}

 

上述定义了一个像样模板–栈,这个库房很简单,只是以说明类模板如何利用而已,最多只能支持100单因素入栈,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;
}

 

模板参数
模板可以发路参数,也堪产生正规的项目参数int,也可以生默认模板参数,例如

template<class T, T def_val> class Stack{...}

上述接近模板的库房有一个限制,就是极度多只能支持100只要素,我们好利用模板参数配置是库房的无比充分长素数,如果不安排,就装默认最老价值吗100,代码如下:

 

//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;
}

 

行使示例如下:

 

//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;
}

 

模板专门化

 当我们只要定义模板的不比实现,我们好使用模板的专门化。例如我们定义的stack类模板,如果是char*类的仓库,我们要得以复制char的富有数据到stack类中,因为只是保存char指针,char指针指向的内存有或会见失灵,stack弹出之积栈元素char指针,指向的内存可能已无济于事了。还有我们定义的swap函数模板,在vector或者list等容器类时,如果容器保存之靶子好十分,会占有大量内存,性能降低,因为一旦起一个即之死目标保存a,这些还亟需模板的专门化才会迎刃而解。

函数模板专门化

 

比方我们swap函数要拍卖一个状况,我们来少数独多元素的vector<int>,在采用本的swap函数,执行tmpT

t1假设拷贝t1的万事素,占用大量内存,造成性能降低,于是我们系经过vector.swap函数解决此问题,代码如下:

//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<>前缀表示马上是一个专门化,描述时毫不模板参数,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代码还是于局限,如果假定因此模板专门化解决所有vector的swap,该怎么做吧,只待把下部代码

template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) {
    t1.swap(t2);
}

改为

template<class V> void swap(std::vector<V>& t1, std::vector<V>& t2) {
    t1.swap(t2);
}

不怕足以了,其他代码不更换。

仿佛模板专门化

 请看下compare代码:

 

//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;        //比较两个int类型的参数
  cout << c2.equal(str1, str2) << endl;   //比较两个char *类型的参数
  return 0;
 }

 

在比较单薄独整数,compare的equal方法是毋庸置疑的,但是compare的沙盘参数是char*常常,这个模板就未能够工作了,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文件不更换,此代码可以健康办事。

模板类型转换

尚记得我们打定义之Stack模板也,在我们的先后中,假而我们定义了Shape和Circle类,代码如下:

//shape.h
class Shape {

};
class Circle : public Shape {
};

下一场我们希望可以这么使用:

 

//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;
}

 

这里是力不从心编译的,因为Stack<Shape*>不是Stack<Circle*>的父类,然而我们却希望代码可以如此工作,那我们即便假设定义转换运算符了,Stack代码如下:

 

//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;
}

 

这样,Stack<Circle>或者Stack<Circle*>就可以活动转换为Stack<Shape>或者Stack<Shape*>,如果换的门类是Stack<int>到Stack<Shape>,编译器会报错。

其他

一个类似没有模板参数,但是成员函数有模板参数,是行之有效的,代码如下:

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;
}

竟可把Util的equal声明为static,代码如下:

 

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;
}