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社区首页 >专栏 >【C++模板】:开启泛型编程之门(函数模版,类模板)

【C++模板】:开启泛型编程之门(函数模版,类模板)

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用户11029137
发布于 2025-03-12 00:35:31
发布于 2025-03-12 00:35:31
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📝前言: 在上一篇文章C++内存管理中我们介绍了C++的内存管理,重点介绍了与C语言的区别,以及newdelete。这篇文章我们将介绍C++的利器——模板。 在C++编程世界里,模板是一项强大的特性,它为泛型编程奠定了坚实基础。借助模板,我们能够编写出与类型无关的通用代码,极大地提升代码复用性,减少重复劳动。接下来,让我们深入探索C++模板的奥秘。

一、函数模板

1. 函数模板概念与格式

函数模板就像一个函数家族的蓝图,该函数模板与类型无关,在使用时被参数化,编译器根据实参类型产生函数的特定类型版本。其格式如下:

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

其中,typename是定义模板参数的关键字,也可用class替代(注意不能用struct)。例如,实现一个通用的加法函数模板:

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template<typename T> // 只有一
T Add(const T& left, const T& right) {
    return left + right;
}

2. 函数模板原理

函数模板本身并非真正的函数,而是编译器用于生成具体类型函数的模具。在编译阶段,编译器会依据传入的实参类型,推演并生成相应类型的函数。比如:

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int main() {
    int a = 10, b = 20;
    double c = 10.0, d = 20.0;
    Add(a, b); // 编译器将T推演为int,生成处理int类型的Add函数
    Add(c, d); // 编译器将T推演为double,生成处理double类型的Add函数
    return 0;
}

比如swap函数:

3. 函数模板实例化

当程序中调用函数模板并为类型参数指定具体类型时,编译器会根据该类型生成一个特定的函数实例。每个实例都是一个独立的函数,可以像普通函数一样被调用和执行。

  • 隐式实例化:让编译器根据实参自动推演模板参数的实际类型。不过,当实参类型无法唯一确定模板参数时会报错。例如:
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int main() {
    int a = 10;
    double b = 20.0;
    // Add(a, b);  // 报错,无法确定T的类型(因为在这个模板的参数列表里面只有一个参数)
    // 解决方法一:用户强制类型转换
    Add(a, (int)b);
    // 解决方法二:使用显式实例化
    Add<int>(a, b)
    return 0;
}
  • 显式实例化:在函数名后的<>中明确指定模板参数的实际类型。如:
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int main() {
    int a = 10;
    double b = 20.0;
    Add<int>(a, b); 
    return 0;
}

多个参数的函数模版实例:

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#include <iostream>

// 函数模板,接受多个参数并打印它们
template<typename T1, typename T2, typename T3>
void printMultiple(const T1& a, const T2& b, const T3& c) {
    std::cout << "Values are: " << a << ", " << b << ", " << c << std::endl;
}

int main() {
    int intValue = 1;
    double doubleValue = 2.5;
    char charValue = 'A';

    printMultiple(intValue, doubleValue, charValue);
	// 显式实例化:printMultiple<int, double, char>(intValue, doubleValue, charValue);
    return 0;
}

4. 模板参数匹配原则

  • 一个非模板函数可以和同名函数模板共存,且函数模板能实例化为该非模板函数。
  • 调用时,若其他条件相同,优先调用非模板函数;若模板能生成更匹配的函数,则选择模板。
  • 模板函数不允许自动类型转换,普通函数可以。例如:
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// 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); // 调用非模板函数
    Add<int>(1, 2); // 调用模板函数实例化版本
    Add(1, 2.0); // 调用模板函数生成的更匹配版本
}

二、类模板

1. 类模板定义格式

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

以实现一个简单的栈类模板为例:

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template<typename T>
class Stack {
public:
    Stack(size_t capacity = 4) {
        _array = new T[capacity];
        _capacity = capacity;
        _size = 0;
    }
    void Push(const T& data);
private:
    T* _array;
    size_t _capacity;
    size_t _size;
};
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data) {
    // 扩容逻辑
    _array[_size] = data;
    ++_size;
}

注意:类模板中可以定义成员函数模版,但是类模板里面的成员函数不一定是函数模版。

2. 类模板实例化

类模板实例化必须是显式实例化,即:需要在类模板名字后跟<>,并将实例化类型置于其中。类模板本身不是真正的类,实例化结果才是。例如:

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int main() {
    Stack<int> st1; // 实例化出处理int类型的栈
    Stack<double> st2; // 实例化出处理double类型的栈
    return 0;
}

注意:模版不建议声明和定义分离到两个文件.h和.cpp,会出现链接错误

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原始发表:2025-03-11,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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