C++的优秀特性5:模版
(转载请注明原创于潘多拉盒子)
C++是强类型语言,而且恐怕是强类型语言里面类型最严格的。这意味着:1. C++变量的类型在定义时就确定了;2. 该类型在后续的生命期中不会改变。比如:
1 2 | int n = 0; n = 3.14159; // n的类型不变,仍然为int型 |
这样编译器产生的机器码是确定的,不需要运行时编译,比如像Python中的JIT(Just In Time)那样在代码执行过程中编译。
但是,这给代码的可复用性带来了麻烦。比如现实中我们可能会定义一个二元关系"<",它表示“如果a < b,那么a在b前面”,或许你可以简单的理解为小于号,或者更广义的说,是a在b前面。那么你可能可以基于这个顺序的定义写一个排序函数。比如:
1 2 3 4 | void sort( int * array, int len) { // 某种排序实现,比如冒泡或者快速排序,就地对array中的元素进行排序 } |
貌似就OK了!但仔细一看,不对!如果array是double型呢?幸好C++有重载(overload)机制,这事儿也不难:
1 2 3 4 | void sort( double * array, int len) { // 某种排序实现,比如冒泡或者快速排序,就地对array中的元素进行排序 } |
由于是sort是完全基于 "<"运算符的,因此可以想想这两段实现代码看起来会非常像,出了中间变量的类型不同之外,其余都是相同的。甚至你可以直接拷贝粘贴,可以轻松实现float、long甚至是string的排序函数。
不过,这很繁琐,不仅如此,还带来了维护的问题,如果代码需要改动呢?C++为解决这类问题,提供了模版机制,它允许程序员用"抽象类型"来暂时替代具体的类型,比如上述的例子可以写成:
1 2 3 4 5 | template < typename T> void sort(T* array, int len) { // 直接实现基于抽象类型T的排序函数,这里的类型T是可以在编译时确定的 } |
注意,这段代码必须实现在头文件中,不可以实现在cpp中,除非该函数仅仅由该cpp调用。有了这样一个函数的定义,在客户代码中如何调用呢?该怎么调用就怎么调用,比如:
1 2 3 | std::string names[100]; // load names ... sort(names, 100); // 编译器在此时完成模版的实例化 |
除了可以定义模版函数之外,还可以定义模版类,比如标准模版库(STL)就是基于模版机制实现的C++标准库。比如你可以定义一个类Any(boost库中有完整的实现boost::any),用于封装所有的类型。这个类可以定义成这样:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 | class Any { public : Any() : _object(NULL), _type() {} Any( const Any& other) : _object(other._object), _type(other._type) {} Any& operator = ( const Any& other) { _object = other._object; _type = other._type;<br> return * this ;<br> } // 可以将任意类型T的对象存储在这个Any类型中 template < typename T> Any& operator = ( const T& object) { _holder = new T(object); _type = typeid (T);<br> return * this ; } // 定义了向已知类型T的转换操作 template < typename T> T& cast() { if ( typeid (T) != _type) { throw std::exception( "bad type" ); } return * reinterpret_cast <T>(_object); } private : void * _object; std::type_info _type; }; |
这个类使用起来是这样的:
1 2 3 4 | std::string name = "ZHANG San" ; Any attribute = name; // 这个any内部保存的类型被实例化为std::string std::string& anotherName = name.cast<std::string>(); // 由于没有参数列表,只能在模版实例化指示部分<std::string>定义实例化类型 assert (name == anotherName); // must be true |
或许,你需要定义一个容器类,像STL那样,保存某些元素:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | template < typename T> class Container { public : // 具体定义 }; // 客户代码 Container< double > scores; |
C++的模版机制较复杂,实际使用中也会遇到不少问题,这里因为内容深度的限制,就不继续讨论了。
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