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模板对类型能进行参数化成【模板参数】#xff0c;输入的是类型#xff0c;生成的是代码。使用的时候#xff0c;每指定一份类型#xff0c;模板就会根据类型生成一份新的代码#xff08;比如函数模板实例化生成的是【模板函数】#xff09;#xff0c;有利于…函数模板
模板对类型能进行参数化成【模板参数】输入的是类型生成的是代码。使用的时候每指定一份类型模板就会根据类型生成一份新的代码比如函数模板实例化生成的是【模板函数】有利于减少代码量通过较少的代码也能实现函数重载。
调用函数模板的时候一般通过传入【模板参数】也就是【类型参数】。编译器生成相应的函数代码之后再通过传入实参。
模板的实参推演调用模板的时候可以根据用户传入的实参的类型推导出模板类型参数的具体类型。
以下是一个简单的 C 函数模板案例用于交换两个值
#include iostream
// 定义一个函数模板用于交换两个值的内容
template typename T// T是一个模板参数它表示一个占位符一个模板参数意味着一个模板需要接收一个类型。如果有多个模板参数则需要接收多种类型。
void swapValues(T a, T b) {T temp a;a b;b temp;
0}int main() {int x 5, y 10;double m 3.14, n 6.28;std::cout Before swapping: x x , y y std::endl;swapValuesint(x, y);//在函数调用点编译器根据用户指定的类型从原模板实例化一份代码出来如果已经实例化代码了则无需该代码实例化。再根据这个实例化的代码传值参数。std::cout After swapping: x x , y y std::endl;std::cout Before swapping: m m , n n std::endl;swapValues(m, n);//模板的实参推演std::cout After swapping: m m , n n std::endl;return 0;
}
注意模板一般在头文件中定义在源文件中进行#include包含使用。尽量不要在一个cpp文件中定义在另一个cpp文件中使用。
模板特例化
函数模板特例化允许我们为特定类型或特定类型组合提供自定义的实现以满足特殊需求或处理特定情况。
函数模板特例化与函数模板同名于此同时也能和同名普通函数共存。
函数模板的特例化例子如下细节是另起一个同名模板但是关键字的使用方法有差异。
#include iostream
#include cstring // For strlen and strcpy// 通用模板函数
template typename T
void swapValues(T a, T b) {T temp a;a b;b temp;
}// 模板特化用于交换 const char* 类型的指针
template
void swapValuesconst char*(const char* a, const char* b) {// 计算字符串的长度size_t lengthA std::strlen(a);size_t lengthB std::strlen(b);// 创建临时缓冲区用于交换字符串的内容char* temp new char[lengthA 1]; // 1 是为了容纳字符串末尾的空字符 \0// 拷贝字符串内容到临时缓冲区std::strcpy(temp, a);// 交换字符串指针delete[] a; // 释放原来指针 a 指向的内存a new char[lengthB 1]; // 为 a 分配新的内存空间std::strcpy(const_castchar*(a), b); // 使用 const_cast 将 const char* 转换为 char*然后拷贝字符串内容到 adelete[] b; // 释放原来指针 b 指向的内存b new char[lengthA 1]; // 为 b 分配新的内存空间std::strcpy(const_castchar*(b), temp); // 使用 const_cast 将 const char* 转换为 char*然后拷贝字符串内容到 b// 释放临时缓冲区delete[] temp;
}int main() {const char* str1 Hello;const char* str2 World;std::cout Before swapping: str1 str1 , str2 str2 std::endl;swapValues(str1, str2);std::cout After swapping: str1 str1 , str2 str2 std::endl;return 0;
函数模板的非类型参数
模板的非类型参数必须是整数类型整数或者地址/引用都可以。只能使用不能修改。
实际上就相当于传入了一个参数。
#include iostream// 函数模板使用非类型参数来传递一个整数常量
template int N
void printNumber() {std::cout The number is: N std::endl;
}int main() {// 使用函数模板并传递常量值作为非类型参数printNumber5(); // 输出: The number is: 5printNumber10(); // 输出: The number is: 10return 0;
}类模板
类模板的规则其实与函数模板一样都是通过传入类型参数生成模板类代码之后再调用。
使用类模板的时候模板名类型参数列表才构成了模板名称。但是我们一般在构造和析构函数名的后面不加模板参数列表比如T其它出现模板名的地方都加上参数类型列表。
本人习惯先用简单的类型参数实现一个类然后再把这个类改成类模板
以下是一个使用整数类型的顺序栈SeqStack类的示例实现
#include iostream
#include vectorclass SeqStack {
private:std::vectorint elements; // 用于存储栈元素的容器public:void push(const int element) {elements.push_back(element);}void pop() {if (!elements.empty()) {elements.pop_back();}}int top() {return elements.back();}bool empty() const {return elements.empty();}
};int main() {SeqStack stack;stack.push(10);stack.push(20);stack.push(30);std::cout Top element: stack.top() std::endl;stack.pop();std::cout Top element after pop: stack.top() std::endl;if (stack.empty()) {std::cout Stack is empty. std::endl;} else {std::cout Stack is not empty. std::endl;}return 0;
}要将这个类改为类模板需要进行以下修改
在类定义前声明类模板指定类型参数。例如将类名改为 template typename T class SeqStack。
在类内部的成员函数和成员变量声明中使用类型参数 T 代替具体的类型。例如将 std::vectorint 改为 std::vectorT。其次在类内部使用类名的地方加上T比如赋值函数的返回类型拷贝构造函数和赋值函数的参数类型。
在类外部定义成员函数时也需要将函数模板化并指定类型参数 T。例如将 void push(const int element) 改为 template typename T void SeqStackT::push(const T element)。
修改后的代码示例如下
#include iostream
#include vectortemplate typename T
class SeqStack {
private:std::vectorT elements; // 用于存储栈元素的容器public:void push(const T element) {elements.push_back(element);}void pop() {if (!elements.empty()) {elements.pop_back();}}T top() {return elements.back();}bool empty() const {return elements.empty();}
};int main() {SeqStackint stack;stack.push(10);stack.push(20);stack.push(30);std::cout Top element: stack.top() std::endl;stack.pop();std::cout Top element after pop: stack.top() std::endl;if (stack.empty()) {std::cout Stack is empty. std::endl;} else {std::cout Stack is not empty. std::endl;}return 0;allocator
我们调用类模板传入自定的类型参数如果模板里new了这个类型参数的数组。因为new的时候会初始化一个对象所以会调用构造函数数组大小为1000就创建了1000个类型对象并且调用了1000次该类型的构造函数析构的时候就调用了1000次析构函数析构该数组。
为了避免这种问题我们在构造函数里需要把内存开辟和对象构造分开。析构数组的时候需要只用析构容器有效的元素然后释放数组的堆内存。删除数组元素的时候调用了对象的析构函数释放元素对象占用的外部资源而不是仅仅通过移动头尾指针表示删除了元素。
可以借用allocator来解决上述问题。Allocator做了四件事内存开辟/内存释放对象构造/对象析构。
C中allocator的用法
#include iostream
#include memory // For std::allocatorint main() {// 使用std::allocator分配和释放int类型的内存std::allocatorint allocator;// 分配单个int对象的内存int* p allocator.allocate(1);// 在分配的内存中构造对象allocator.construct(p, 42);// 使用分配的对象std::cout *p std::endl;// 销毁对象allocator.destroy(p);//释放数组内存allocator.deallocate(p, 1);return 0;
}C的容器模板都会把空间配置器写入模板代码中防止重复开销。
