C++学习（15）—— 函数模板

• C++另一种编程思想称为泛型编程，主要利用的技术就是模板
• C++提供两种模板机制：函数模板和类模板

 

1.函数模板语法

函数模板作用：

建立一个通用函数，其函数返回值类型和形参类型可以不具体定制，用一个虚拟的类型来代表

语法：

template<typename T>
函数定义或声明

解释：

template —— 声明创建模板

typename —— 表明其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替

T —— 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

#include<iostream>
using namespace std;

//函数模板

//两个整型交换的函数
void swapInt(int &a,int &b){
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

//两个浮点型交换的函数
void swapDouble(double &a,double &b){
    double temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

//函数模板
template<typename T> //声明一个模板，告诉编译器后面代码中紧跟着的T不要报错，T是一个通用数据类型
void mySwap(T &a,T &b){
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void test01(){
    int a = 10;
    int b = 20;
    swapInt(a,b);
    //两种方式使用函数模板
    //1.自动类型推导
    mySwap(a,b);
    //2.显示指定类型
    mySwap<int>(a,b);
    cout << "a = " << a <<endl;
    cout << "b = " << b <<endl;

    double c = 1.1;
    double d = 2.2;
    swapDouble(c,d);
    cout << "c = " << c <<endl;
    cout << "d = " << d <<endl;
}

int main(){

    test01();
    return 0;
}

总结：

• 函数模板利用关键字template
• 使用函数模板有两种方式：自动类型推导、显示指定类型
• 模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化

 

2.函数模板注意事项

注意事项：

• 自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T才可以使用
• 模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用

//错误，推导不出一致的T类型
int a = 10;
char b = 'c';
mySwap(a,b);

template<class T>
void func(){
    cout << "func调用" << endl;
}
void test02(){
    func();  //错误，编译器无法确定模板的T类型
    func<int>();
}

 

3.函数模板案例

案例描述：

• 利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序
• 排序规则从大到小，排序算法为选择排序
• 分别利用char数组和int数组进行测试

#include<iostream>
using namespace std;

//实现通用 对数组进行排序的函数
//规则 从大到小
//算法 选择
//测试 char数组、 int数组

//交换函数模板
template<class T>
void mySwap(T &a, T &b){
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

//排序算法
template<class T>
void mySort(T arr[], int len){
    for(int i=0;i<len;i++){
        int max = i;//认定最大值的下标
        for(int j=i+1;j<len;j++){
            if(arr[max]<arr[j]){
                max = j;
            }
        }
        if(max!=i){
            //交换
            mySwap(arr[max],arr[i]);
        }
    }
}

//打印函数模板
template<class T>
void myPrint(T arr[], int len){
    for(int i=0;i<len;i++){
        cout<<arr[i]<<" ";
    }
    cout<<endl;
}

//测试char数组
void test01(){
    char charArr[]="badcfe";
    int len = sizeof(charArr) / sizeof(charArr[0]);
    mySort(charArr,len);
    myPrint(charArr,len);
}

//测试int数组
void test02(){
    int intArr[]={7,5,1,3,9,2,4};
    int len = sizeof(intArr) / sizeof(intArr[0]);
    mySort(intArr,len);
    myPrint(intArr,len);
}

int main(){
    test02();
    return 0;
}

 

4.普通函数与函数模板的区别

普通函数与函数模板区别：

• 普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
• 函数模板调用，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换
• 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换

#include<iostream>
using namespace std;

//普通函数与函数模板区别

//普通函数
int myAdd01(int a, int b){
    return a+b;
}

//函数模板
template<class T>
T myAdd02(T a, T b){
    return a+b;
}

void test01(){
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';
    cout << myAdd01(a,c) << endl;
    cout << myAdd02<int>(a,c) << endl;
}

int main(){
    test01();
    return 0;
}

总结：建议使用显示指定类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T

 

5.普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下：

1. 如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
3. 函数模板也可以发生重载
4. 如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板

#include<iostream>
using namespace std;

//普通函数与函数模板调用规则

//普通函数
void myPrint(int a, int b){
    cout << "1" << endl;
}

//函数模板
template<class T>
void myPrint(T a, T b){
    cout << "2" << endl;
}

template<class T>
void myPrint(T a, T b, T c){
    cout << "3" << endl;
}

void test01(){
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';
    char d = 'd';

    myPrint(a,b);
    myPrint<>(a,b);
    myPrint(a,c);
    myPrint(c,d);
    myPrint(a,b,100);
}

int main(){
    test01();
    return 0;
}

总结：既然提供了函数模板，最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性

 

6.模板的局限性

局限性：

• 模板的通用性并不是万能的

例如：

template<class T>
void f(T a, T b){
    a = b;
}

在上述代码中提供的赋值操作，如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了

再例如：

template<class T>
void f(T a, T b){
    if(a>=b){...}
}

在上述代码中，如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行

因此C++为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

//模板的局限性

class Person{
public:
    Person(string name,int age){
        this->m_name = name;
        this->m_age = age;
    }
    string m_name;
    int m_age;
};

//对比两个数据是否相等的函数
template<class T>
bool myCompare(T &a, T &b){
    if(a == b){
        return true;
    }
    return false;
}

//利用具体化Person的版本实现代码，具体化优先调用
template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2){
    if(p1.m_name == p2.m_name &&p1.m_age == p2.m_age){
        return true;
    }
    return false;
}

void test01(){
    int a = 10;
    int b = 20;
    if(myCompare(a,b)){
       cout<<"a==b"<<endl; 
    }else{
        cout<<"a!=b"<<endl;
    }
    
}

void test02(){
    Person p1("Tom", 10);
    Person p2("Tom", 11);
    if(myCompare(p1,p2)){
       cout<<"p1==p2"<<endl; 
    }else{
        cout<<"p1!=p2"<<endl;
    }

}

int main(){
    test02();
    return 0;
}

总结：

• 利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化
• 学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板