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前言:
C++的模板在是泛型编程的重要组成部分,编写在不同类型上工作的代码,而无需为每个类型编写重复的代码,这有助于减少代码冗余并提高代码的可维护性。
模板
模板的介绍
- C++模板是一种强大的编程技术,它允许程序员编写与类型无关的代码,即泛型编程。
- 模板可以用于定义泛型函数和类,这些函数和类可以在编译时根据实际使用的数据类型进行实例化。
- 模板的使用提高了代码的复用性和灵活性,减少了冗余代码的编写
模板分类
函数模板
函数模板的定义通常包含以下几个部分:
- template关键字:表示接下来的声明是一个模板。
- 模板参数列表:位于尖括号
<>
中,可以包含类型参数和非类型参数。 - 函数声明和定义:与普通函数类似,但使用模板参数列表中的类型来定义函数。
#include <iostream>
//函数模板
template <typename T>
T add(T a, T b) {return a + b;
}int main() {int x = 10, y = 20;double d1 = 1.5, d2 = 2.5;std::cout << "Adding two integers: " << add(x, y) << std::endl;std::cout << "Adding two doubles: " << add(d1, d2) << std::endl;return 0;
}
类模板
类模板的定义与函数模板类似,但用于定义类结构。以下是一个简单的类模板示例:
#include <iostream>template <typename T>
class SimpleContainer {
private:T data;public:SimpleContainer(T value) : data(value) {}T getData() const { return data; }void setData(T value) { data = value; }
};int main() {SimpleContainer<int> intContainer(10);std::cout << "Integer data: " << intContainer.getData() << std::endl;SimpleContainer<double> doubleContainer(3.14);std::cout << "Double data: " << doubleContainer.getData() << std::endl;return 0;
}
在这个例子中,SimpleContainer
是一个类模板,它可以用于任何数据类型T
。当在main
函数中创建SimpleContainer
的实例时,编译器会根据提供的类型参数自动生成相应的类实例。
类模板的成员函数
类模板的成员函数可以是模板函数,也可以是普通函数。模板成员函数在类模板的定义中直接声明,而普通成员函数可以在类模板外定义,此时需要显式指定模板参数。
template <typename T>
class MyClass {
public:void templateFunction(T value);void normalFunction();
};template <typename T>
void MyClass<T>::templateFunction(T value) {// Template member function
}template <typename T>
void MyClass<T>::normalFunction() {// Non-template member function, defined outside the class
}
函数模板实例化
函数模板的实例化通常发生在函数被调用时。编译器会根据传递给函数模板的参数类型,自动实例化一个特定类型的函数。例如:
template <typename T>
void print(T value) {std::cout << value << std::endl;
}int main() {print(10); // 实例化为 void print(int)print(3.14); // 实例化为 void print(double)
}
在这个例子中,print
函数模板被两次调用,分别传入了int
和double
类型的参数,因此编译器会为每种类型生成一个具体的函数实例。
类模板实例化
类模板的实例化发生在创建类模板的实例时,或者当类模板的成员函数被调用时。例如:
template <typename T>
class Box {
public:T value;Box(T v) : value(v) {}
};int main() {Box<int> intBox(10); // 实例化为 class Box<int>Box<double> dblBox(3.14); // 实例化为 class Box<double>
}
这里,Box
类模板被用于创建两个不同类型的实例,Box<int>
和Box<double>
。
隐式实例化与显式实例化
- 隐式实例化:当模板被调用或使用时,编译器自动进行实例化。这是最常见的情况,如上述例子所示。
- 显式实例化:在某些情况下,可能需要在编译器之外显式地实例化模板。这通常用于控制模板实例的生成,避免不必要的实例化,或者在编译时提前生成一些模板实例以提高运行时性能。显式实例化的语法如下:
template class Box<int>; // 显式实例化 Box<int>
非类型模板参数
- 非类型模板参数是C++模板中的一种机制,它允许模板在编译时期使用常量值作为参数。
template<class T ,size_t N = 10>
class sulotion
{
public:sulotion(const T& x) {_a[1] = 10;}void print(){for (int i = 0; i < 10; i++){cout << _a[i]<<" ";}cout << endl;}
private:T _a[N];
};
模板的特化
C++模板特化是一种技术,允许开发者为特定类型或类型模式提供不同的模板实现,以覆盖通用模板的默认行为。
- 必须要先有一个基础的函数模板
- 关键字template后面接一对空的尖括号<>
- 函数名后跟一对尖括号,尖括号中指定需要特化的类型
- 函数形参表: 必须要和模板函数的基础参数类型完全相同,如果不同编译器可能会报一些奇怪的错误。
全特化
- 全特化是指为某个特定的模板参数提供专门的实现,通常用于处理某个特定类型的特殊情况。
- 在全特化中,模板参数列表中的所有参数都被确定化,形成一个完全具体化的模板版本。
template<class T1, class T2>
class sulotion
{
public:sulotion(const T1& x, const T2& y): _data1(x),_data2(y){}void print(){cout << _data1 << " " << _data2 << endl;}
private:T1 _data1 ;T2 _data2 ;
};
//特化
template<>
class sulotion<int,char>
{
public:sulotion(const int& x, const char& y): _data1(x), _data2(y){}void print(){cout << _data1 << " " << _data2 << endl;}
private:int _data1;char _data2;
};
偏特化
- 偏特化是指为一组模板参数提供专门的实现,而不是针对单个特定的参数。
- 偏特化允许更细粒度的控制和更广泛的特化。类模板可以进行偏特化,但函数模板不支持偏特化,因为编译器无法区分不同的偏特化版本。
- 在偏特化中,只有部分模板参数被确定化,而其他参数保持泛型。
template<class T1, class T2>
class sulotion
{
public:sulotion(const T1& x, const T2& y): _data1(x),_data2(y){}void print(){cout << _data1 << " " << _data2 << endl;}
private:T1 _data1 ;T2 _data2 ;
};
//偏特化
template<class T1>
class sulotion<T1,char>
{
public:sulotion(const T1& x, const char& y): _data1(x), _data2(y){}void print(){cout << _data1 << " " << _data2 << endl;}
private:T1 _data1;char _data2;
};
模板的分离编译
- C++模板的分离编译是指将模板的声明和定义分离开来,以适应大型项目中模块化的开发需求。
- 传统上,类模板的声明和定义通常放在同一个头文件中,但这种做法可能导致编译速度慢和编译依赖管理复杂。
- 分离编译允许开发者将模板的声明放在头文件中,而将定义放在源文件中,这样可以减少头文件的大小,加速编译过程,并减少不必要的编译依赖。
模板分离的编译容易链接错误
解决方法:
- 将声明和定义放在同一个头文件中:这是最直接的方法,可以确保模板的声明和定义在编译时可见,从而避免链接错误。
- 显示实例化:通过在源文件中显式实例化模板,告诉编译器为特定类型生成模板实例。这种方法虽然可以解决链接错误,但会降低代码的泛化能力,因为每次使用新类型时都需要更新实例化代码。
C++对模板的应用
- 容器(Containers):提供了多种数据结构的实现,如
vector
、list
、deque
等,这些容器通过模板类来支持不同数据类型的存储和管理。 - 迭代器(Iterators):定义了一组接口,用于遍历容器中的元素。迭代器本身也是模板类,它们抽象了对容器元素的访问方式,使得算法能够独立于具体的数据结构实现。
- 算法(Algorithms):提供了一系列的函数模板,用于执行常见的数据操作,如排序、搜索、复制等。这些算法通过模板定义,可以广泛应用于不同类型的容器。
- 函数对象(Functors):也称为仿函数,是重载了
operator()
的对象,可以作为算法的参数,提供自定义的操作逻辑。函数对象同样是基于模板实现的,以支持不同类型的操作。 - 适配器(Adapters):用于修改或包装现有容器或迭代器的接口,以满足特定的使用需求。适配器也是基于模板技术实现的,提供了灵活的扩展机制
C++反向迭代器
- C++的反向迭代器是对正向迭代器的再次封装。
正向迭代器
//迭代器
template<class T,class Ref,class ptr>struct _list_iterator{typedef _list_node<T> Node;typedef _list_iterator<T, Ref,ptr> self;Node* _node;_list_iterator (Node* node):_node(node){}//重载operator*Ref& operator* (){return _node->_val;}//重载operator->ptr operator->(){return _node->_val;}//重载operator++(前置)self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}//重载operator++(后置)self& operator++(int){self tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;}//重载operator--(前置)self& operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}//重载operator--(后置)self& operator--(int){self tmp(*this);_node = _node->_prev;return tmp;}//重载operator!=bool operator!=(const self& it)const {return _node != it._node;}//重载operator==bool operator==(const self& it)const{return _node == it._node;}};
反向迭代器
-
iterator
和reverse_itrator
是成为镜像对称 -
operartor*
是解引用前一个数据,也就是迭代器的end
-
++就是调用正向的–,反正 – 就是++
template<class iterator ,class Ref,class Ptr>struct Reverse_Iterator{typedef Reverse_Iterator<iterator, Ref, Ptr> self;iterator _it;Reverse_Iterator(iterator it):_it(it){}Ref operator* (){iterator tmp(_it);return *(--tmp);}Ptr operator->(){return &(operator* ());}self& operator++(){--_it;return *this;}self& operator--(){++_it;return *this;}bool operator==(const self& s)const{return _it == s._it;}bool operator!=(const self& s)const{return _it != s._it;}};