c++模板.docx

1、c+模板一、什么是模板 在C+编程中，当我们需要获取两个变量之间的较大值时，考虑到变量的类型可能会是int、double等，最常用的方法往往是通过重载函数，实现不同类型的函数版本：cpp view plaincopy1. intMax(intlhs,intrhs)2. 3. return(lhsrhs)?lhs:rhs;4. 5. 6. doubleMax(doublelhs,doublerhs)7. 8. return(lhsrhs)?lhs:rhs;9. 此时，当我们接到新的需求，需要获取两个char类型的变量之间的较大值时，我们就会再添加一个char类型重载函数：cpp view pla

2、incopy1. charMax(charlhs,charrhs)2. 3. return(lhsrhs)?lhs:rhs;4. 每 当新增一种的类型的需求，又需要实现多一个重载函数，无形中增加了开发人员的工作，当函数逻辑比较复杂，而且比较庞大时，也容易出现错误。从上面的代码可 以看出，三个版本的重载函数除了类型不一样之外，逻辑基本一致，完成的功能也是相同的，因此，如果能有一个通用的函数，抽取出这些相同的代码逻辑，将可以 大大减少代码的重复，提高代码的重用性。此时，使用C+的模板就可以很好的解决这些问题，通过模板，可以使得开发人员写出更通用、更灵活、类型无关的代 码。二、模板的分类和格式 C+

3、模板(template)，主要分为函数模板和类模板。2.1 函数模板2.1.1 函数模板的格式和使用 template 返回类型 函数名（参数列表） /函数体 模板定义以关键字template开始，后接以括号括住的模板形参表，其中class是关键字，在这里class可以使用typename 代替，括号中的模板形参使用逗号进行分隔。下面使用函数模板实现前面的求较大值函数：cpp view plaincopy1. template2. TMax(constT&lhs,constT&rhs)3. 4. return(lhsrhs)?lhs:rhs;5. cpp view plaincopy1. /测

4、试用例：2. inta=34,b=257;3. doublec=1.4,d=4.4;4. chare=b,f=k;5. 6. coutMax(a,b)endl;/调用了int版本的模板函数，输出为：2577. coutMax(c,d)endl;/调用了double版本的模板函数，输出为：4.48. coutMax(e,f)endl;/调用了char版本的模板函数，输出为：k 当对上面定义的函数模板进行编译时，类型T就会被实际传入的类型所代替，例如Max(a, b)中a和b是int型，这时函数模板Max中的形参T就会被int代替，并实例化一个模板函数Max(const int &lhs, con

5、st int &rhs)；同理，当实际传入的类型为double、char等其他类型时，就会实例化相应类型的模板函数，从而实现了类型无关的泛型编程。2.1.2 函数模板一般不对实参进行隐式类型转换 好奇的你可能会问，前面几个调用都是用同一种类型，当调用Max(a, b)，其中a为int类型，b为double类型，这样会得到正确的结果吗？cpp view plaincopy1. #include2. usingnamespacestd;3. 4. template5. TMax(constT&lhs,constT&rhs)6. 7. return(lhsrhs)?lhs:rhs;8. 9. 10.

6、 intmain(intargc,constchar*argv)11. 12. inta=10;13. doubleb=5.3;14. coutMax(a,b)endl;15. 从 编译器的出错信息可以看出，上面的例子在模板形参推导的过程中出现了错误。这是由于编译器在编译时，会将函数模板的形参解析为首先遇到的类型，以上例子 中，编译器首先遇到的是int类型，函数模板的形参就被解析为int类型，同时函数模板一般不对实参进行隐式类型转换（除了非const引用或指针到 const引用或指针的转换、数组或函数到指针的转换），参数需要完全匹配，因此以上例子不能通过编译。 解决方案有两种： 第一：强制类型

7、转换cpp view plaincopy1. inta=10;2. doubleb=5.3;3. coutMax(a,(int)b)endl;/输出为：10 第二：在函数模板中增加一种形参类型cpp view plaincopy1. template2. T1Max(constT1&lhs,constT2&rhs)3. 4. return(lhsrhs)?lhs:rhs;5. 6. 7. inta=10;8. doubleb=10.3;9. coutMax(a,b)endl;/输出为：10 上面的情况，返回的是T1类型，当我们需要返回T2类型的时候，就把返回类型改为T2就可以。这样改来改去实在

8、不方便，那能不能让调用者决定返回的类型呢？答案是肯定的，只要再加一种形参类型就可以了。cpp view plaincopy1. template2. T1Max(constT2&lhs,constT3&rhs)3. 4. return(lhsrhs)?lhs:rhs;5. 6. 7. inta=10;8. doubleb=10.3;9. coutMax(a,b)endl; 上面的函数模板可以让调用者决定返回的类型，但是却不可以通过编译，以下为对应的出错信息： 出错的原因是，编译器可以根据传入的实参推导出T2和T3的类型，却没有其它信息可以让编译器推导出T1的类型，因此，在这种情况下，我们需要在

9、调用的时候显式指定T1的类型：cpp view plaincopy1. inta=10;2. doubleb=10.3;3. coutMax(a,b)endl;/输出为：10.32.1.3 模板函数 vs 重载函数 在前面说到，通过模板函数可以避免了重载函数的一些问题，在这里大家会不会问一句，模板函数是否可以重载？答案也是一如既往的肯定。cpp view plaincopy1. template2. TMax(constT&lhs,constT&rhs)3. 4. return(lhsrhs)?lhs:rhs;5. 6. 7. template8. TMax(constT&arg1,const

10、T&arg2,constT&arg3)9. 10. Ttemp=(arg1arg2)?arg1:arg2;11. return(temparg3)?temp:arg3;12. 13. 14. inta=1,b=2,c=3;15. Max(a,b);/调用两个参数的模板函数16. Max(a,b,c);/调用三个参数的模板函数 模板函数不但可以重载，而且还可以与非模板函数进行重载，下面列出的是模板函数和非模板函数的重载：cpp view plaincopy1. template2. TMax(constT&lhs,constT&rhs)3. 4. return(lhsrhs)?lhs:rhs;5

11、. 6. 7. intMax(intlhs,intrhs)8. 9. return(lhsrhs)?lhs:rhs;10. 11. 12. inta=1,b=2;13. Max(a,b);/调用非模板函数 上面的例子中，实际调用的是非模板函数，而不是模板函数，这就涉及到模板函数和非模板函数的匹配顺序问题。引用C+ Primer的一段描述： C+中，函数模板与同名的非模板函数重载时，应遵循下列调用原则： a. 寻找一个参数完全匹配的函数，若找到就调用它。 b. 寻找一个函数模板，若找到就将其实例化生成一个匹配的模板函数并调用它。 c. 若上面两条都失败，则使用函数重载的方法，通过类型转换产生参数

12、匹配，若找到就调用它。 d. 若上面三条都失败，还没有找都匹配的函数，则这个调用是一个错误的调用。 简单来说，就是非模板函数匹配优先于模板函数，没有非模板函数时，选择最匹配和最特化的模板函数。2.2 类模板2.2.1 类模板的格式 template class 类名 /. ; 类模板的定义与函数模板类似，也是以关键字template开头，后接模板参数列表。cpp view plaincopy1. template2. classUtility3. 4. pubic:5. Utility(Targ):m_value(arg)6. TAdd(Targ)const;7. TAdd(Tlhs,Trhs

13、);8. 9. private:10. Tm_value;11. ;12. 13. template14. TUtility:Add(constT&arg)const15. 16. returnarg+m_value;17. 18. 19. template20. TUtility:Add(Tlhs,Trhs)21. 22. returnlhs+rhs;23. 24. 25. Utilityutil(1);coututil.Add(2)endl;/输出为：326. coututil.Add(2,3.5)endl;/输出为：5 类 模板每次实例化的时候，都会产生一个独立的类类型，上例产生的就是一

14、个int类型的Uitility类型。在创建类对象时，一定要显式指定类模板的模板形 参的类型，如上例的Utility util(1)，否则编译会出错，而且不允许出现Utility util(1)，类模板形参不能进行实参类型推导，必须显式指定类型。 上例中的util.Add(2, 3.5)调用能通过编译，实参3.5会被隐式转换为int，并能得到正确结果，而在模板函数中却会出错，函数模板和类模板对于隐式类型转换的要求是不一致的。 三、模板特化 模板特化分为全特化和偏特化两种。其中，类模板可以全特化和偏特化，函数模板只能全特化，函数的模板只能重载，没有偏特化。3.1 函数模板全特化cpp view p

15、laincopy1. /函数模板通用版本2. template3. intCompare(constTlhs,constTrhs)4. 5. if(lhsrhs)return-1;6. if(rhslhs)return1;7. return0;8. 当参数类型为指针类型时，上面定义的模板可能不能正常工作，通常两个字符串比较都是按字典顺序进行比较，但是上面定义模板，当参数类型为指针类型时，就会变成比较两个地址的大小。因此，当具体到字符串指针类型时，就需要下面的特例化模板定义：cpp view plaincopy1. /函数模板全特化版本2. template3. intCompare(const

16、char*lhs,constchar*rhs)4. 5. returnstrcmp(lhs,rhs);6. 3.2 类模板全特化和偏特化cpp view plaincopy1. /类模板通用版本2. template3. classCompare4. 5. public:6. boolIsEqual(Tlhs,Trhs)7. 8. return(lhs=rhs);9. 10. ;11. 12. /类模板全特化版本13. template14. classCompare15. 16. public:17. boolIsEqual(constchar*lhs,constchar*rhs)18. 1

17、9. returnstrcmp(lhs,rhs);20. 21. ; 以上例子展示了类模板的全特化，下面展示类模板的偏特化：cpp view plaincopy1. /类模板通用版本2. template3. classCompare4. 5. /.6. ;7. 8. /类模板偏特化版本9. template10. classCompare11. 12. /.13. ;四、使用模板的注意事项4.1 typename与class的区别 在模板形参列表中，关键字typename和class没有区别，但在某些情况下，typename与class还是有区别的。cpp view plaincopy1.

18、template2. voidFunc()3. 4. T:A*var;/猜一下，是声明一个指针，还是进行一次乘法操作5. 在以上情况下，编译器不确定类型T作用域下的A是一个类型，还是一个静态成员变量，因此需要在模板参数前面加上typename来表明这个A是一个类型（typename可以用来指示后面的名字是一个类型名）。另外，使用typename含义更加清晰，而使用class容易与类定义的class混淆，所以还是推荐是在模板形参列表中使用typename。 4.2 模板声明或定义的范围 模板的声明或定义只能在全局，命名空间或类范围内进行，不能在局部范围，函数内进行，例如不能在main函数中声明或

19、定义一个模板。4.3 template在声明的时候就需要定义 当实现一个类的时候，我们常常会在一个.h文件中声明类结构，然后在一个.cpp文件中定义该类，下面为Utility.h文件：cpp view plaincopy1. #ifndefUTILITY_H2. #defineUTILITY_H3. 4. template5. classUtility6. 7. public:8. TMax(constT&lhs,constT&rhs);9. ;10. 11. #endif 相应的Utility.cpp文件如下：cpp view plaincopy1. #includeUtility.h2.

20、3. template4. TUtility:Max(constT&lhs,constT&rhs)5. 6. return(lhsrhs)?lhs:rhs;7. 以下代码在main.cpp文件中，将会对前面定义的Utility类进行调用：cpp view plaincopy1. #include2. #includeUtility.h3. 4. intmain(intargc,constchar*argv)5. 6. Utilityutil;7. coututil.Max(2,3)endl;8. return0;9. 编译结果如下图所示： C+编程思想第15章(第300页)说明了上例出错的原因

21、： 模 板定义很特殊。由template 处理的任何东西都意味着编译器在当时不为它分配存储空间，它一直处于等待状态直到被一个模板实例告知。在编译器和连接器的某一处，有一机制能去掉指定模板 的多重定义。所以为了容易使用，几乎总是在头文件中放置全部的模板声明和定义。 可行的解决方法主要有三种： 第一种：把模板的声明和定义放在一起 第二种：在Utility.h文件尾部加上#include Utility.cpp，其实就是第一种方法，只是间接将两个文件拼在一起了。 第三种：C+理论上支持export关键字，以实现模板的分隔编译，本人机器的g+版本为4.7.3，但在使用export关键字时，仍会出现以下问题：总结：模板是C+泛型编程中不可或缺的一部分，在STL(Standard Template Library)中得到广泛的使用。理解了模板，特别是模板的特化和偏特化，也就基本理解了STL中的核心-traits编程，为STL的学习打下了坚实的基础。