泛型編程的第一步，掌握模板的特性！
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認(rèn)識(shí)
C++ 是很強(qiáng)大，有各種特性來(lái)提高代碼的可重用性，有助于減少開(kāi)發(fā)的代碼量和工作量。
C++ 提高代碼的可重用性主要有兩方面：
-
繼承 -
模板
繼承的特性我已在前面篇章寫(xiě)過(guò)了「C++ 一篇搞懂繼承的常見(jiàn)特性」。
本篇主要是說(shuō)明「模板」的特性，使用「模板」的特性設(shè)計(jì)，實(shí)際上也就是「泛型」程序設(shè)計(jì)。
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函數(shù)模板
|| 01 變量交換函數(shù)模板
假設(shè)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)交換兩個(gè)整型變量的值的函數(shù)，代碼如下：
// 交換兩個(gè)整型變量的值的Swap函數(shù)：void Swap(int & x,int & y){int tmp = x;x = y;y = tmp;}
如果是浮點(diǎn)類(lèi)型的變量的值交換，則需要把替換 int 類(lèi)型為 double 即可，代碼如下：
// 交換兩個(gè)double型變量的值的Swap函數(shù):void Swap(double & x,double & y){double tmp = x;x = y;y = tmp;}
那如果是其他變量類(lèi)型的值交換，那不是每次都要重新寫(xiě)一次 Swap 函數(shù)？是不是很繁瑣？且代碼后面會(huì)越來(lái)越冗余。
能否只寫(xiě)一個(gè) Swap 函數(shù)，就能交換各種類(lèi)型的變量？
答案是肯定有的，就是用「函數(shù)模板」來(lái)解決，「函數(shù)模板」的形式：
template <class 類(lèi)型參數(shù)1，class 類(lèi)型參數(shù)2，...>返回值類(lèi)型 模板名 (形參表){函數(shù)體};
具體 Swap 「函數(shù)模板」代碼如下：
template <class T>void Swap(T & x,T & y){T tmp = x;x = y;y = tmp;}
template 就是模板定義的關(guān)鍵詞，T 代表的是任意變量的類(lèi)型。
那么定義好「函數(shù)模板」后，在編譯的時(shí)候，編譯器會(huì)根據(jù)傳入 Swap 函數(shù)的參數(shù)變量類(lèi)型，自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)參數(shù)變量類(lèi)型的 Swap 函數(shù)：
int main(){int n = 1,m = 2;Swap(n,m); //編譯器自動(dòng)生成 void Swap(int & ,int & )函數(shù)double f = 1.2,g = 2.3;Swap(f,g); //編譯器自動(dòng)生成 void Swap(double & ,double & )函數(shù)return 0;}
第 4 行編譯器自動(dòng)生成 void Swap(int &, int & ) 函數(shù)；
第 7 行編譯器自動(dòng)生成 void Swap(double &, double & ) 函數(shù)。
上面的實(shí)例化函數(shù)模板的例子，是讓編譯器自己來(lái)判斷傳入的變量類(lèi)型，那么我們也可以自己指定函數(shù)模板的變量類(lèi)型，具體代碼如下：
int main(){int n = 1,m = 2;Swap<int>(n,m); // 指定模板函數(shù)的變量類(lèi)型為intdouble f = 1.2,g = 2.3;Swap<double>(f,g); // 指定模板函數(shù)的變量類(lèi)型為doublereturn 0;}
第 4 行指定模板函數(shù)的變量類(lèi)型為 int ；
第 7 行指定模板函數(shù)的變量類(lèi)型為 double 。
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|| 02 查詢數(shù)組最大值函數(shù)模板
在舉一個(gè)例子，下面的 MaxElement 函數(shù)定義成了函數(shù)模板，這樣不管是 int、double、char 等類(lèi)型的數(shù)組，都可以使用該函數(shù)來(lái)查數(shù)組最大的值，代碼如下：
// 求數(shù)組最大元素的MaxElement函數(shù)模板template <class T>T MaxElement(T a[], int size) // size是數(shù)組元素個(gè)數(shù){T tmpMax = a[0];for(int i = 1;i < size;++i){if(tmpMax < a[i]){tmpMax = a[i];}}return tmpMax;}
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|| 03 多個(gè)類(lèi)型參數(shù)模板函數(shù)
函數(shù)模板中，可以不止一個(gè)類(lèi)型的參數(shù)：
template <class T1, class T2>T2 MyFun(T1 arg1, T2 arg2){cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;return arg2;}
T1 是傳入的第一種任意變量類(lèi)型，T2 是傳入的第二種任意變量類(lèi)型。
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|| 04 函數(shù)模板的重載
函數(shù)模板可以重載，只要它們的形參表或類(lèi)型參數(shù)表不同即可。
見(jiàn)下面的例子：
// 模板函數(shù) 1template<class T1, class T2>void print(T1 arg1, T2 arg2){cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;}// 模板函數(shù) 2template<class T>void print(T arg1, T arg2){cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;}// 模板函數(shù) 3template<class T,class T2>void print(T arg1, T arg2){cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;}
上面都是 print(參數(shù)1, 參數(shù)2) 模板函數(shù)的重載，因?yàn)椤感螀⒈怼够颉割?lèi)型參數(shù)表」名字不同。
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|| 05 函數(shù)模板和函數(shù)的次序
在有多個(gè)函數(shù)和函數(shù)模板名字相同的情況下，編譯器如下規(guī)則處理一條函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句：
-
先找參數(shù)完全匹配的普通函數(shù)（非由模板實(shí)例化而得的函數(shù)）； -
再找參數(shù)完全匹配的模板函數(shù)； -
再找實(shí)參數(shù)經(jīng)過(guò)自動(dòng)類(lèi)型轉(zhuǎn)換后能夠匹配的普通函數(shù)； -
上面的都找不到，則報(bào)錯(cuò)。
代碼例子如下：
// 模板函數(shù) - 1個(gè)參數(shù)類(lèi)型template <class T>T Max(T a, T b){cout << "TemplateMax" <<endl; return 0;}// 模板函數(shù) - 2個(gè)參數(shù)類(lèi)型template <class T, class T2>T Max(T a, T2 b){cout << "TemplateMax2" <<endl; return 0;}// 普通函數(shù)double Max(double a, double b){cout << "MyMax" << endl;return 0;}int main(){int i=4, j=5;// 輸出MyMax - 匹配普通函數(shù)Max( 1.2, 3.4 );//輸出TemplateMax - 匹配參數(shù)一樣的模板函Max( i, j );//輸出TemplateMax2 - 匹配參數(shù)類(lèi)型不同的模板函數(shù)Max( 1.2, 3 );return 0;}
第 27 行，輸出的是MyMax，因?yàn)槠ヅ涞氖瞧胀ê瘮?shù)；
第 30 行，輸出的是輸出TemplateMax，因?yàn)槠ヅ鋮?shù)一樣的模板函；
第 33 行，輸出的是TemplateMax2，因?yàn)槠ヅ鋮?shù)類(lèi)型不同的模板函數(shù)。
匹配模板函數(shù)時(shí)，當(dāng)模板函數(shù)只有一個(gè)參數(shù)類(lèi)型時(shí)，傳入了不同的參數(shù)類(lèi)型，是不進(jìn)行類(lèi)型自動(dòng)轉(zhuǎn)換，具體例子如下：
// 模板函數(shù) - 1個(gè)參數(shù)類(lèi)型template<class T>T myFunction( T arg1, T arg2){cout<<arg1<<" "<<arg2<<"\n";return arg1;}...// OK ：替換 T 為 int 類(lèi)型myFunction( 5, 7);// OK ：替換 T 為 double 類(lèi)型myFunction(5.8, 8.4);// error ：沒(méi)有匹配到myFunction(int, double)函數(shù)myFunction(5, 8.4);
第 12 行，可以正常執(zhí)行，替換 T 為 int 類(lèi)型；
第 15 行，可以正常執(zhí)行，替換 T 為 double 類(lèi)型 ；
第 18 行，會(huì)執(zhí)行錯(cuò)誤！因?yàn)闆](méi)有匹配到 myFunction(int, double)函數(shù)。
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類(lèi)模板
|| 01 類(lèi)模板的定義
為了多快好省地定義出一批相似的類(lèi)，可以定義「類(lèi)模板」，然后由類(lèi)模板生成不同的類(lèi)。
類(lèi)模板的定義形式如下：
template <class 類(lèi)型參數(shù)1，class 類(lèi)型參數(shù)2，...> //類(lèi)型參數(shù)表class 類(lèi)模板名{成員函數(shù)和成員變量};
用類(lèi)模板定義對(duì)象的寫(xiě)法：
類(lèi)模板名<真實(shí)類(lèi)型參數(shù)表> 對(duì)象名(構(gòu)造函數(shù)實(shí)參表);
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|| 02 Pair類(lèi)模板例子
接下來(lái)，用 Pair 類(lèi)用類(lèi)模板的方式的實(shí)現(xiàn)，Pair 是一對(duì)的意思，也就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)鍵值對(duì)（key-value）的關(guān)系的類(lèi)。
代碼如下：
// 類(lèi)模板template <class T1, class T2>class Pair{public:Pair(T1 k, T2 v):m_key(k),m_value(v) {};bool operator < (const Pair<T1,T2> & p) const;private:T1 m_key;T2 m_value;};// 類(lèi)模板里成員函數(shù)的寫(xiě)法template <class T1, class T2>bool Pair<T1,T2>::operator < (const Pair<T1,T2> &p) const{return m_value < p.m_value;}int main(){Pair<string,int> Astudent("Jay",20);Pair<string,int> Bstudent("Tom",21);cout << (Astudent < Bstudent) << endl;return 0;}
輸出結(jié)果：
1需要注意的是，同一個(gè)類(lèi)模板的兩個(gè)模板類(lèi)是不兼容的：
Pair<string,int> *p;Pair<string,double> a;p = & a; //錯(cuò)誤??！
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|| 03 函數(shù)模板作為類(lèi)模板成員
當(dāng)函數(shù)模板作為類(lèi)模板的成員函數(shù)時(shí)，是可以單獨(dú)寫(xiě)成函數(shù)模板的形式，成員函數(shù)模板在使用的時(shí)候，編譯器才會(huì)把函數(shù)模板根據(jù)傳入的函數(shù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)例化，例子如下：
// 類(lèi)模板template <class T>class A{public:template<class T2>void Func(T2 t) { cout << t; } // 成員函數(shù)模板};int main(){A<int> a;a.Func('K'); //成員函數(shù)模板 Func被實(shí)例化a.Func("hello"); //成員函數(shù)模板 Func再次被實(shí)例化return 0;}
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|| 04 類(lèi)模板與非類(lèi)型參數(shù)
類(lèi)模板的“<類(lèi)型參數(shù)表>”中可以出現(xiàn)非類(lèi)型參數(shù)：
template <class T, int size>class CArray{public:void Print( ){for( int i = 0;i < size; ++i)cout << array[i] << endl;}private:T array[size];};CArray<double,40> a2;CArray<int,50> a3; //a2和a3屬于不同的類(lèi)
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類(lèi)模板和派生
|| 01 類(lèi)模板從類(lèi)模板派生
上圖的代碼例子如下：
// 基類(lèi) - 類(lèi)模板template <class T1,class T2>class A{T1 v1; T2 v2;};// 派生類(lèi) - 類(lèi)模板template <class T1,class T2>class B:public A<T2,T1>{T1 v3; T2 v4;};// 派生類(lèi) - 類(lèi)模板template <class T>class C:public B<T,T>{T v5;};int main(){B<int,double> obj1;C<int> obj2;return 0;}
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|| 02 類(lèi)模板從模板類(lèi)派生
上圖的代碼例子如下：
template <class T1,class T2>class A{T1 v1; T2 v2;};template <class T>class B:public A<int,double> // A<int,double> 模板類(lèi){T v;};int main(){//自動(dòng)生成兩個(gè)模板類(lèi) ：A<int,double> 和 B<char>B<char> obj1;return 0;}
第 16 行，在創(chuàng)建 B類(lèi) 對(duì)象，會(huì)自動(dòng)生成兩個(gè)模板類(lèi) ：A<int,double> 和 B<char> 。
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|| 03 類(lèi)模板從普通類(lèi)派生
上圖的代碼例子如下：
// 基類(lèi) - 普通類(lèi)class A{int v1;};// 派生類(lèi) - 類(lèi)模板template <class T>class B:public A // 所有從B實(shí)例化得到的類(lèi) ，都以A為基類(lèi){T v;};int main(){B<char> obj1;return 0;}
第 16 行，在創(chuàng)建 B 類(lèi)對(duì)象前，會(huì)先構(gòu)造基類(lèi) A 對(duì)象。
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|| 04 普通類(lèi)從模板類(lèi)派生
上圖的代碼例子如下：
template <class T>class A{T v1;};class B : public A<int>{double v;};int main(){B obj1;return 0;}
第 14 行，在構(gòu)造 B 類(lèi)對(duì)象前，會(huì)先實(shí)例化 A 模板對(duì)象。
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類(lèi)模板與友元
|| 01 函數(shù)、類(lèi)、類(lèi)的成員函數(shù)作為類(lèi)模板的友元
代碼例子如下：
// 普通函數(shù)void Func1() { }// 普通類(lèi)class A { };// 普通類(lèi)class B{public:void Func() { } // 成員函數(shù)};// 類(lèi)模板template <class T>class Tmp{friend void Func1(); // 友元函數(shù)friend class A; // 友元類(lèi)friend void B::Func(); // 友元類(lèi)的成員函數(shù)}; // 任何從 Tmp 實(shí)例化來(lái)的類(lèi) ，都有以上三個(gè)友元
任何從 Tmp 實(shí)例化來(lái)的類(lèi) ，都有以上三個(gè)友元。
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|| 02 函數(shù)模板作為類(lèi)模板的友元
// 類(lèi)模板template <class T1,class T2>class Pair{private:T1 key; //關(guān)鍵字T2 value; //值public:Pair(T1 k,T2 v):key(k),value(v) { };// 友元函數(shù)模板template <class T3,class T4>friend ostream & operator<< (ostream & o, const Pair<T3,T4> & p);};// 函數(shù)模板template <class T3,class T4>ostream & operator<< (ostream & o, const Pair<T3,T4> & p){o << "(" << p.key << "," << p.value << ")" ;return o;}int main(){Pair<string,int> student("Tom",29);Pair<int,double> obj(12,3.14);cout << student << " " << obj;return 0;}
輸出結(jié)果：
(Tom,29) (12,3.14)
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|| 03 函數(shù)模板作為類(lèi)的友元
// 普通類(lèi)class A{private:int v;public:A(int n):v(n) { }template <class T>friend void Print(const T & p); // 函數(shù)模板};// 函數(shù)模板template <class T>void Print(const T & p){cout << p.v;}int main(){A a(4);Print(a);return 0;}
輸出結(jié)果：
4— —
|| 04 類(lèi)模板作為類(lèi)模板的友元
// 類(lèi)模板template <class T>class B{private:T v;public:B(T n):v(n) { }template <class T2>friend class A; // 友元類(lèi)模板};// 類(lèi)模板template <class T>class A{public:void Func( ){B<int> o(10); // 實(shí)例化B模板類(lèi)cout << o.v << endl;}};int main(){A<double> a;a.Func ();return 0;}
輸出結(jié)果：
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類(lèi)模板與靜態(tài)成員函數(shù)
類(lèi)模板中可以定義靜態(tài)成員，那么從該類(lèi)模板實(shí)例化得到的所有類(lèi)，都包含同樣的靜態(tài)成員。
見(jiàn)下面的例子：
template <class T>class A{private:static int count; // 靜態(tài)成員public:A() { count ++; }~A() { count -- ; };A( A & ) { count ++ ; }static void PrintCount() // 靜態(tài)函數(shù){cout << count << endl;}};template<> int A<int>::count = 0; // 初始化template<> int A<double>::count = 0; // 初始化int main(){A<int> ia;A<double> da; // da和ia不是相同模板類(lèi)ia.PrintCount();da.PrintCount();return 0;}
輸出：
11
上面的代碼需要注意的點(diǎn)：
-
類(lèi)模板里的靜態(tài)成員初始化的時(shí)候，最前面要加 template<>。 -
ia 和 da 對(duì)象是不同的模板類(lèi)，因?yàn)轭?lèi)型參數(shù)是不一致，所以也就是不同的模板類(lèi)。
小林coding
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