C++ Template（一）

2024-09-06 03:48
文章标签 c++ template

本文主要是介绍C++ Template（一），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

引言

模板（Template）指C++程序设计设计语言中采用类型作为参数的程序设计，支持通用程序设计。C++ 的标准库提供许多有用的函数大多结合了模板的观念，如STL以及IO Stream。

函数模板

在c++入门中，很多人会接触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;
}

但是如果是要支持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，这个时候就是我们定义swap的函数模板,就可以复用不同类型的swap函数代码，函数模板的声明形式如下:

 

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

swap函数模板的声明和定义代码如下:

//method.h
template<typename T> void swap(T& t1, T& t2);
#include "method.cpp"

 

复制代码 
//method.cpp

template<typename  T> void swap(T& t1, T& t2) {
T tmpT;
tmpT = t1;
t1 = t2;
t2 = tmpT;
}
复制代码

上述是模板的声明和定义了，那模板如何实例化呢，模板的实例化是编译器做的事情，与程序员无关，那么上述模板如何使用呢，代码如下:

复制代码 
//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;
}
复制代码

这里使用swap函数，必须包含swap的定义，否则编译会出错，这个和一般的函数使用不一样。所以必须在method.h文件的最后一行加入#include "method.cpp"。


类模板

考虑我们写一个简单的栈的类，这个栈可以支持int类型，long类型，string类型等等，不利用类模板，我们就要写三个以上的stack类，其中代码基本一样，通过类模板，我们可以定义一个简单的栈模板，再根据需要实例化为int栈，long栈，string栈。

复制代码 
//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"
复制代码

 

复制代码 
//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;
}
复制代码

上述定义了一个类模板--栈，这个栈很简单，只是为了说明类模板如何使用而已，最多只能支持100个元素入栈，使用示例如下:

复制代码 
//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;
}
复制代码

模板参数
模板可以有类型参数，也可以有常规的类型参数int，也可以有默认模板参数，例如

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

上述类模板的栈有一个限制，就是最多只能支持100个元素，我们可以使用模板参数配置这个栈的最大元素数,如果不配置，就设置默认最大值为100，代码如下:

复制代码 
//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"
复制代码

 

复制代码 
//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;
}
复制代码

使用示例如下:

复制代码 
//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;
}
复制代码

模板专门化

 当我们要定义模板的不同实现，我们可以使用模板的专门化。例如我们定义的stack类模板，如果是char*类型的栈，我们希望可以复制char的所有数据到stack类中，因为只是保存char指针，char指针指向的内存有可能会失效，stack弹出的堆栈元素char指针，指向的内存可能已经无效了。还有我们定义的swap函数模板，在vector或者list等容器类型时，如果容器保存的对象很大，会占用大量内存，性能下降，因为要产生一个临时的大对象保存a，这些都需要模板的专门化才能解决。

函数模板专门化

  假设我们swap函数要处理一个情况，我们有两个很多元素的vector<int>,在使用原来的swap函数，执行tmpT = t1要拷贝t1的全部元素，占用大量内存，造成性能下降，于是我们系统通过vector.swap函数解决这个问题,代码如下:

//method.h
template<class T> void swap(T& t1, T& t2);
#include "method.cpp"

 

复制代码 
#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);
}
复制代码

template<>前缀表示这是一个专门化,描述时不用模板参数，使用示例如下:

复制代码 
//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;
}
复制代码

vector<int>的swap代码还是比较局限，如果要用模板专门化解决所有vector的swap，该如何做呢，只需要把下面代码

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);
}

就可以了，其他代码不变。

类模板专门化

 请看下面compare代码:

复制代码 
//compare.h
template <class T>
class compare
{
public:
bool equal(T t1, T t2)
{
return t1 == t2;
}
};
复制代码

 

复制代码 
#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;
}
复制代码

在比较两个整数，compare的equal方法是正确的，但是compare的模板参数是char*时，这个模板就不能工作了，于是修改如下:

复制代码 
//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;
}
};
复制代码

main.cpp文件不变，此代码可以正常工作。

模板类型转换

还记得我们自定义的Stack模板吗，在我们的程序中，假设我们定义了Shape和Circle类，代码如下:

//shape.h
class Shape {
};
class Circle : public Shape {
};

然后我们希望可以这么使用:

复制代码 
//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;
}
复制代码

这里是无法编译的，因为Stack<Shape*>不是Stack<Circle*>的父类，然而我们却希望代码可以这么工作，那我们就要定义转换运算符了，Stack代码如下:

复制代码 
//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"
复制代码

 

复制代码 
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;
}
复制代码

 

复制代码 
//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;
}
复制代码

这样，Stack<Circle>或者Stack<Circle*>就可以自动转换为Stack<Shape>或者Stack<Shape*>,如果转换的类型是Stack<int>到Stack<Shape>，编译器会报错。

其他

一个类没有模板参数，但是成员函数有模板参数，是可行的，代码如下:

复制代码 
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;
}
复制代码

甚至可以把Util的equal声明为static,代码如下:

复制代码 
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;
}


这篇关于C++ Template（一）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1140911。

相关文章

C++如何通过Qt反射机制实现数据类序列化

C++如何通过Qt反射机制实现数据类序列化

《C++如何通过Qt反射机制实现数据类序列化》在C++工程中经常需要使用数据类,并对数据类进行存储、打印、调试等操作,所以本文就来聊聊C++如何通过Qt反射机制实现数据类序列化吧... 目录设计预期设计思路代码实现使用方法在 C++ 工程中经常需要使用数据类，并对数据类进行存储、打印、调试等操作。由于数据类
阅读更多...
Linux下如何使用C++获取硬件信息

Linux下如何使用C++获取硬件信息

《Linux下如何使用C++获取硬件信息》这篇文章主要为大家详细介绍了如何使用C++实现获取CPU,主板,磁盘,BIOS信息等硬件信息,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以了解下... 目录方法获取CPU信息：读取"/proc/cpuinfo"文件获取磁盘信息：读取"/proc/diskstats"文
阅读更多...
C++使用printf语句实现进制转换的示例代码

C++使用printf语句实现进制转换的示例代码

《C++使用printf语句实现进制转换的示例代码》在C语言中,printf函数可以直接实现部分进制转换功能,通过格式说明符（formatspecifier）快速输出不同进制的数值,下面给大家分享C+... 目录一、printf 原生支持的进制转换1. 十进制、八进制、十六进制转换2. 显示进制前缀3. 指
阅读更多...
C++中初始化二维数组的几种常见方法

C++中初始化二维数组的几种常见方法

《C++中初始化二维数组的几种常见方法》本文详细介绍了在C++中初始化二维数组的不同方式,包括静态初始化、循环、全部为零、部分初始化、std::array和std::vector,以及std::vec... 目录1. 静态初始化2. 使用循环初始化3. 全部初始化为零4. 部分初始化5. 使用 std::a
阅读更多...
C++ vector的常见用法超详细讲解

C++ vector的常见用法超详细讲解

《C++vector的常见用法超详细讲解》：本文主要介绍C++vector的常见用法,包括C++中vector容器的定义、初始化方法、访问元素、常用函数及其时间复杂度,通过代码介绍的非常详细,... 目录1、vector的定义2、vector常用初始化方法1、使编程用花括号直接赋值2、使用圆括号赋值3、ve
阅读更多...
如何高效移除C++关联容器中的元素

如何高效移除C++关联容器中的元素

《如何高效移除C++关联容器中的元素》关联容器和顺序容器有着很大不同,关联容器中的元素是按照关键字来保存和访问的,而顺序容器中的元素是按它们在容器中的位置来顺序保存和访问的,本文介绍了如何高效移除C+... 目录一、简介二、移除给定位置的元素三、移除与特定键值等价的元素四、移除满足特android定条件的元
阅读更多...
Python获取C++中返回的char*字段的两种思路

Python获取C++中返回的char*字段的两种思路

《Python获取C++中返回的char*字段的两种思路》有时候需要获取C++函数中返回来的不定长的char*字符串,本文小编为大家找到了两种解决问题的思路,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 有时候需要获取C++函数中返回来的不定长的char*字符串，目前我找到两种解决问题的思路，具体实现如下：
阅读更多...
C++ Sort函数使用场景分析

C++ Sort函数使用场景分析

《C++Sort函数使用场景分析》sort函数是algorithm库下的一个函数,sort函数是不稳定的,即大小相同的元素在排序后相对顺序可能发生改变,如果某些场景需要保持相同元素间的相对顺序,可使... 目录C++ Sort函数详解一、sort函数调用的两种方式二、sort函数使用场景三、sort函数排序
阅读更多...
Java调用C++动态库超详细步骤讲解(附源码)

Java调用C++动态库超详细步骤讲解(附源码)

《Java调用C++动态库超详细步骤讲解(附源码)》C语言因其高效和接近硬件的特性,时常会被用在性能要求较高或者需要直接操作硬件的场合,：本文主要介绍Java调用C++动态库的相关资料,文中通过代... 目录一、直接调用C++库第一步：动态库生成（vs2017+qt5.12.10）第二步：Java调用C++
阅读更多...
C/C++错误信息处理的常见方法及函数

C/C++错误信息处理的常见方法及函数

《C/C++错误信息处理的常见方法及函数》C/C++是两种广泛使用的编程语言,特别是在系统编程、嵌入式开发以及高性能计算领域,：本文主要介绍C/C++错误信息处理的常见方法及函数,文中通过代码介绍... 目录前言1. errno 和 perror()示例：2. strerror()示例：3. perror(
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2