C++ 函数模板与类模板-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C++ 函数模板与类模板。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、函数模板

1、什么是函数模板？

现在的C++编译器实现了C++新增的一项特性–函数模板。函数模板是通用的函数描述，也就是说它们使用泛型来定义函数，其中的泛型可以是具体的类型（如int或double）。通过将类型作为参数传递给模板，可使编译器生成该类型的函数。用于模板允许以泛型的方式编写程序，因此，有时也称为通用编程。下面是一个函数模板的定义：

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename Type>
void Swap(Type &a, Type &b){
    Type temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main(){
    int a = 10, b= 20;
    Swap(a, b);
    cout<<"a: "<<a<<endl;
    cout<<"b: "<<b<<endl;
    return 0;
}

2、重载函数模板

可以像重载常规函数定义那样重载函数模板定义，和常规重载一样，被重载的模板的函数特征标必须不同

template <typename Type>
void Swap(Type &a, Type &b){
    Type temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

template <typename Type>
void Swap(Type *a, Type *b, int n){
    Type temp;
    for(int i = 0; i < n; i ++){
        temp = a[i];
        a[i] = b[i];
        b[i] = temp;
    }
}

3、模板具体化

在代码中包含模板本身并不会生成函数定义，它只是一个用于生成函数定义的方案。隐式实例化，显示实例化和显示具体化统称为具体化。例如：

template <typename Type>
void Swap(Type &a, Type &b){
    Type temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

3.1、隐式实例化

函数调用Swap(a, b)导致编译器生成Swap()的一个实例，该实例使用int型。模板并非函数定义，但是使用int的模板实例是函数定义，这种实例化方式成为隐式实例化。编译器之所以知道要进行函数定义，是由于程序调用Swap()函数时提供了int参数。例如：

template <typename Type>
void Swap(Type &a, Type &b){
    Type temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

template <typename Type>
void Swap(Type *a, Type *b, int n){
    Type temp;
    for(int i = 0; i < n; i ++){
        temp = a[i];
        a[i] = b[i];
        b[i] = temp;
    }
}

3.2、显式实例化

最初编译器只能通过隐式实例化，来使用模板生成函数定义。现在C++允许显示实例化，也就是说可以直接命令编译器创建特定的实例。其语法是，声明所需的种类–用<>符号指示类型，并在声明前面加上template，例如：

template void Swap<int>(int, int);

3.3、显示具体化

在程序中定义了下面的结构体，可以使用前面提供的Swap函数来交换两个结构体的内容。然而，假如只想交换name成员变量，而不交换age成员变量则需要使用不同的代码，但是Swap的参数将保持不变，因此无法使用模板重载来提供其他的代码。可以提供一个具体化函数定义–成为显示具体化，其中包含所需的代码。当编译器找到与函数调用匹配的具体化定义时，将使用该定义而不再寻找模板。具体化机制随着C++的演变而不断发生变化，下面介绍C++标准定义的形式：

对于给定的函数名，可以有非模板函数、模板函数与显示具体化模板函数以及它们的重载版本
显示具体化的原型和定义应以template<>开头，并通过名称来指定类型
具体化优先于常规模板，而非模板函数优于具体化与常规模板

#include <iostream>
using namespace std;

struct Student{
    string name;
    int age;
    Student(string name, int age):name(name),age(age){}
};

template <typename Type>
void Swap(Type &a, Type &b){
    Type temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

template <> void Swap<Student>(Student &a, Student &b){
    string name = a.name;
    a.name = b.name;
    b.name = name;
}

int main(){
    Student a("zhangsan", 20);
    Student b("lisi", 25);
    Swap(a, b);
    cout<<"a.name: "<<a.name<<endl;
    cout<<"b.name: "<<b.name<<endl;
    return 0;
}

二、类模板

2.1、什么是类模板？

继承与包含并不总是能解决重用代码的需要。例如，Stack类与Queue类都是容器类，容器类设计用来存储其他对象或数据类型。可以定义专门用于存储double值或string对象的Stack类，除了保存的对象类型不同外，这两种Stack类的代码是相同的。然而，与其编写新的类声明，不如编写一个泛型（即独立于类型的）栈。然后将具体的类型作为参数传递给这个栈，这样就可以使用通用的代码生成存储不同数据类型的栈。模板提供参数化类型，即能将类型名作为参数传递给接收方法来建立类或函数。

2.2、定义类模板

template <typename Type>
class Queue{
private:
    struct Node{
        Type item;
        struct Node *next;
    };
    Node *first;
    Node *rear;
    int queue_size;
public:
    Queue();
    ~Queue();
    bool isEmpty() const;
    bool push(const Type);
    bool pop();
    bool getFront(const Type &);
    int queueSize() const;
};

关键字template告诉编译器，将要定义一个模板，尖括号中的内容相当于函数的参数列表。上面声明的模板不是类与成员函数定义，它们是C++编译器指令，说明了如何生成类和成员函数定义。模板的具体实现（如用来处理string对象的栈类），被称为实例化或具体化。不能将模板成员函数放在独立的实现文件中。由于模板不是函数，它们不能单独编译，模板必须与特定的模板实例化请求一起使用。