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:

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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:

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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:

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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:

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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:

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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:

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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:

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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:

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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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