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泛型编程与模板

泛型编程​

泛型编程（Generic Programming）是一种语言机制，通过它可以实现一个标准的容器库

像类一样，泛型也是一种抽象数据类型，但是泛型不属于面向对象，它是面向对象的补充和发展

  • 泛型编程在C++中的主要实现为函数模板和模板类 template

函数模板​

  • 把处理不同类型的公共逻辑抽象成函数，就得到了函数模板

普通函数模板​

假设需要定义一个函数，用来交换两个变量的值，但是输入的变量暂时不确定是什么类型，那我们需要进行如下定义

void swap(int &a, int &b) {
    int tmp{a};
    a = b;
    b = tmp;
}

void swap(float &a, float &b) {
    /* Code */
}

void swap(double &a, double &b) {
    /* Code */
}
//...

由于输入的变量类型并不确定，需要针对不同的变量类型对函数进行重载，将会使代码变得冗长

如果我们使用模板，就可以方便的实现

// template<class T>
template<typename T>
void swap(T &a, T &b) {
    T tmp{a};
    a = b;
    b = tmp;
}
  • template<typename T>将T定义为任意数据类型，在模板函数调用的时候才会被确定
    • 这个数据类型由typename关键字引导，也可以使用class关键字来引导
    • 如果使用到模板的嵌套的话，就必须使用typename
    • 为了避免一些阅读上的歧义，更推荐typename

成员函数模板​

成员函数模板的实现与普通函数模板没有什么区别

class Printer {
public:
    template<typename T>
    void print(const T& t) {
        cout << t <<endl;
    }
};

需要注意的是

  • 成员函数模板不能是virtual虚函数
  • 成员函数模板不能有缺省参数

函数模板重载​

函数模板之间，函数模板与普通函数之间都可以重载。编译器会根据调用时提供的函数参数，调用能够处理这一类型的最特殊的版本

在特殊性上一般按照如下顺序考虑

  1. 普通函数
  2. 特殊模板（限定了T的形式的，指针、引用、容器等）
  3. 普通模板（对T没有任何限制的）
template<typename T>
void func(T &t) { //通用模板函数
    cout << "In generic version template " << t << endl;
}

template<typename T>
void func(T *t) { //指针版本
    cout << "In pointer version template "<< *t << endl;
}

void func(string *s) { //普通函数
    cout << "In normal function " << *s << endl;
}

int main() {
    int i = 10;
    func(i); //调用通用版本，其他函数或者无法实例化或者不匹配
    func(&i); //调用指针版本，编译器选择最特殊的版本
    string s = "abc";
    func(&s); //调用普通函数，编译器选择最特化的版本
    func<>(&s); //调用指针版本，通过<>告诉编译器需要用 template

    return 0;
}

模板函数的特化​

有时通用的函数模板不能解决个别类型的问题，我们可以使用函数模板的特化进行特殊处理

  • 函数模板特化必须将所有的模板参数全部指定

例如

template<>
void func(int i) {
    // code
}
tip

虽然有模板特化的处理方法，但是更多时候更推荐使用重载来解决这样的问题