【C++】:模板初阶和STL简介

简介: 【C++】:模板初阶和STL简介

一,泛型编程

在C语言中如何实现一个通用的交换函数呢?

void Swap(int& left, int& right)
{
 int temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}
 
void Swap(double& left, double& right)
{
 double temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

使用函数重载虽然可以实现,但是有一下几个不好的地方:

1.重载的函数仅仅是类型不同,代码复用率比较低,只要有新类型出现时,就需要用户自己增加对应的函数。

2.代码的可维护性比较低,一个出错可能所有的重载均出错。

那能否告诉编译器一个模子,让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢?

泛型编程:编写与类型无关的通用代码,是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础

二,函数模板

2.1 函数模板概念

函数模板代表了一个函数家族,该函数模板与类型无关,在使用时被参数化,根据实参类型产生函数的特定类型版本。

2.2 函数模板格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}

使用方法如下:

template<typename T> //template<class T>
void Swap( T& left, T& right)
{
 T temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

注意:

  • typename是用来定义模板参数关键字,也可以使用class(切记:不能使用struct代替class)

2.3 函数模板的原理

函数模板是一个蓝图,它本身并不是函数,是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器

编译器编译阶段,对于模板函数的使用,编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供

调用。

2.4 函数模板的实例化

用不同类型的参数使用函数模板时,称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为:隐式实例化显式实例化

1.隐式实例化:让编译器根据实参推演模板参数的实际类型。

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
     return left + right;
}
 
int main()
{
   int a1 = 10, a2 = 20;
   double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
   
   //隐式实例化
   Add(a1, a2);
   Add(d1, d2);
  
   Add(a1, d2);//err 推演失败
   // 此时有两种处理方式:
  //1. 用户自己来强制转化 
  //2. 使用显式实例化
  Add(a1, (int)d2);//OK
   
   return 0;
 }

2.显式实例化:在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型。

int main()
{
   int a = 10;
   double b = 20.0;
   
   // 显式实例化
   Add<int>(a, b);
   
   return 0;
}

2.5 模板参数的匹配原则

1.一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在,而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数。

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}
 
// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
    return left + right;
}
 
void Test()
{
   Add(1, 2); // 与非模板函数匹配,编译器不需要特化
   Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}

2.对于非模板函数和同名函数模板,如果其他条件都相同,在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数, 那么将选择模板。

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
 return left + right;
}
 
void Test()
{
    Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配,不需要函数模板实例化
    Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本,编译器根据实参生成更加匹配的Add函数
}

三,类模板

3.1 类模板的定义格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn> 
class 类模板名
{
 // 类内成员定义
};

下面拿顺序表来举例:

// 动态顺序表
// 注意:Vector不是具体的类,是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template<class T>
class Vector
{
public:
  Vector(size_t capacity = 10)
    : _pData(new T[capacity])
    , _size(0)
    , _capacity(capacity)
  {}
  // 使用析构函数演示:在类中声明,在类外定义。
  ~Vector();
  void PushBack(const T& data);
  void PopBack();
  // ...
  size_t Size() { return _size; }
  T& operator[](size_t pos)
  {
    assert(pos < _size);
    return _pData[pos];
  }
private:
  T* _pData;
  size_t _size;
  size_t _capacity;
};
// 注意:类模板中函数放在类外进行定义时,需要加模板参数列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
  if (_pData)
    delete[] _pData;
  _size = _capacity = 0;
}

3.2 类模板的实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同,类模板实例化需要在类模板名字后跟<>,然后将实例化的类型放在<>中即可,类模板名字不是真正的类,而实例化的结果才是真正的类

// Vector类名,Vector<int>才是类型
 Vector<int> s1;
 Vector<double> s2;

四,STL简介(了解)

4.1 什么是STL

STL(standard template libaray-标准模板库):是C++标准库的重要组成部分,不仅是一个可复用的组件库,而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

4.2 STL的版本

  • 原始版本
    Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本,本着开源精神,他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码,无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本–所有STL实现版本的始祖。
  • P. J. 版本
    由P. J. Plauger开发,继承自HP版本,被Windows Visual C++采用,不能公开或修改,缺陷:可读性比较低,符号命名比较怪异。
  • RW版本
    由Rouge Wage公司开发,继承自HP版本,被C+ + Builder 采用,不能公开或修改,可读性一般。
  • SGI版本
    由Silicon Graphics Computer Systems,Inc公司开发,继承自HP版 本。被GCC(Linux)采用,可移植性好,可公开、修改甚至贩卖,从命名风格和编程 风格上看,阅读性非常高。我们后面学习STL要阅读部分源代码,主要参考的就是这个版本。

4.3 STL的六大组件

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