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引言
模板（Template）指C++程序設計設計語言中采用類型作為參數的程序設計，支持通用程序設計。C++ 的標準庫提供許多有用的函數大多結合了模板的觀念，如STL以及IO Stream。
函數模板
在c++入門中，很多人會接觸swap(int&, int&)這樣的函數類似代碼如下:
void swap(int&a , int& b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
但是如果是要支持long,string,自定義class的swap函數,代碼和上述代碼差不多，只是類型不同，這個時候就是我們定義swap的函數模板,就可以復用不同類型的swap函數代碼，函數模板的聲明形式如下:
template <class identifier> function_declaration; template <typename identifier> function_declaration;
swap函數模板的聲明和定義代碼如下:
//method.h
template<typename T> void swap(T& t1, T& t2);
#include "method.cpp"
//method.cpp
template<typename T> void swap(T& t1, T& t2) {
T tmpT;
tmpT = t1;
t1 = t2;
t2 = tmpT;
}
上述是模板的聲明和定義了，那模板如何實例化呢，模板的實例化是編譯器做的事情，與程序員無關，那么上述模板如何使用呢，代碼如下:
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "method.h"
int main() {
//模板方法
int num1 = 1, num2 = 2;
swap<int>(num1, num2);
printf("num1:%d, num2:%d\n", num1, num2);
return 0;
}
這里使用swap函數，必須包含swap的定義，否則編譯會出錯，這個和一般的函數使用不一樣。所以必須在method.h文件的最后一行加入#include "method.cpp"。
類模板
考慮我們寫一個簡單的棧的類，這個棧可以支持int類型，long類型，string類型等等，不利用類模板，我們就要寫三個以上的stack類，其中代碼基本一樣，通過類模板，我們可以定義一個簡單的棧模板，再根據需要實例化為int棧，long棧，string棧。
//statck.h
template <class T> class Stack {
public:
Stack();
~Stack();
void push(T t);
T pop();
bool isEmpty();
private:
T *m_pT;
int m_maxSize;
int m_size;
};
#include "stack.cpp"
//stack.cpp
template <class T> Stack<T>::Stack(){
m_maxSize = 100;
m_size = 0;
m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T> Stack<T>::~Stack() {
delete [] m_pT ;
}
template <class T> void Stack<T>::push(T t) {
m_size++;
m_pT[m_size - 1] = t;
}
template <class T> T Stack<T>::pop() {
T t = m_pT[m_size - 1];
m_size--;
return t;
}
template <class T> bool Stack<T>::isEmpty() {
return m_size == 0;
}
上述定義了一個類模板--棧，這個棧很簡單，只是為了說明類模板如何使用而已，最多只能支持100個元素入棧，使用示例如下:
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
int main() {
Stack<int> intStack;
intStack.push(1);
intStack.push(2);
intStack.push(3);
while (!intStack.isEmpty()) {
printf("num:%d\n", intStack.pop());
}
return 0;
}
模板參數
模板可以有類型參數，也可以有常規的類型參數int，也可以有默認模板參數，例如
template<class T, T def_val> class Stack{...}
上述類模板的棧有一個限制，就是最多只能支持100個元素，我們可以使用模板參數配置這個棧的最大元素數,如果不配置，就設置默認最大值為100，代碼如下:
//statck.h
template <class T,int maxsize = 100> class Stack {
public:
Stack();
~Stack();
void push(T t);
T pop();
bool isEmpty();
private:
T *m_pT;
int m_maxSize;
int m_size;
};
#include "stack.cpp"
//stack.cpp
template <class T,int maxsize> Stack<T, maxsize>::Stack(){
m_maxSize = maxsize;
m_size = 0;
m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T,int maxsize> Stack<T, maxsize>::~Stack() {
delete [] m_pT ;
}
template <class T,int maxsize> void Stack<T, maxsize>::push(T t) {
m_size++;
m_pT[m_size - 1] = t;
}
template <class T,int maxsize> T Stack<T, maxsize>::pop() {
T t = m_pT[m_size - 1];
m_size--;
return t;
}
template <class T,int maxsize> bool Stack<T, maxsize>::isEmpty() {
return m_size == 0;
}
使用示例如下:
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
int main() {
int maxsize = 1024;
Stack<int,1024> intStack;
for (int i = 0; i < maxsize; i++) {
intStack.push(i);
}
while (!intStack.isEmpty()) {
printf("num:%d\n", intStack.pop());
}
return 0;
}
模板專門化
當我們要定義模板的不同實現，我們可以使用模板的專門化。例如我們定義的stack類模板，如果是char*類型的棧，我們希望可以復制char的所有數據到stack類中，因為只是保存char指針，char指針指向的內存有可能會失效，stack彈出的堆棧元素char指針，指向的內存可能已經無效了。還有我們定義的swap函數模板，在vector或者list等容器類型時，如果容器保存的對象很大，會占用大量內存，性能下降，因為要產生一個臨時的大對象保存a，這些都需要模板的專門化才能解決。
函數模板專門化
假設我們swap函數要處理一個情況，我們有兩個很多元素的vector<int>,在使用原來的swap函數，執行tmpT = t1要拷貝t1的全部元素，占用大量內存，造成性能下降，于是我們系統通過vector.swap函數解決這個問題,代碼如下:
//method.h
template<class T> void swap(T& t1, T& t2);
#include "method.cpp"
#include <vector>
using namespace std;
template<class T> void swap(T& t1, T& t2) {
T tmpT;
tmpT = t1;
t1 = t2;
t2 = tmpT;
}
template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) {
t1.swap(t2);
}
template<>前綴表示這是一個專門化,描述時不用模板參數，使用示例如下:
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include <vector>
#include <string>
#include "method.h"
int main() {
using namespace std;
//模板方法
string str1 = "1", str2 = "2";
swap(str1, str2);
printf("str1:%s, str2:%s\n", str1.c_str(), str2.c_str());
vector<int> v1, v2;
v1.push_back(1);
v2.push_back(2);
swap(v1, v2);
for (int i = 0; i < v1.size(); i++) {
printf("v1[%d]:%d\n", i, v1[i]);
}
for (int i = 0; i < v2.size(); i++) {
printf("v2[%d]:%d\n", i, v2[i]);
}
return 0;
}
vector<int>的swap代碼還是比較局限，如果要用模板專門化解決所有vector的swap，該如何做呢，只需要把下面代碼
template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) {
t1.swap(t2);}
改為
template<class V> void swap(std::vector<V>& t1, std::vector<V>& t2) {
t1.swap(t2);
}
就可以了，其他代碼不變。
類模板專門化
請看下面compare代碼:
//compare.h
template <class T>
class compare
{
public:
bool equal(T t1, T t2)
{
return t1 == t2;
}
};
#include <iostream>
#include "compare.h"
int main()
{
using namespace std;
char str1[] = "Hello";
char str2[] = "Hello";
compare<int> c1;
compare<char *> c2;
cout << c1.equal(1, 1) << endl; //比較兩個int類型的參數
cout << c2.equal(str1, str2) << endl; //比較兩個char *類型的參數
return 0;
}
在比較兩個整數，compare的equal方法是正確的，但是compare的模板參數是char*時，這個模板就不能工作了，于是修改如下:
//compare.h
#include <string.h>
template <class T>
class compare
{
public:
bool equal(T t1, T t2)
{
return t1 == t2;
}
};
template<>class compare<char *>
{
public:
bool equal(char* t1, char* t2)
{
return strcmp(t1, t2) == 0;
}
};
main.cpp文件不變，此代碼可以正常工作。
模板類型轉換
還記得我們自定義的Stack模板嗎，在我們的程序中，假設我們定義了Shape和Circle類，代碼如下:
//shape.h
class Shape {
};
class Circle : public Shape {
};
然后我們希望可以這么使用:
這里是無法
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
#include "shape.h"
int main() {
Stack<Circle*> pcircleStack;
Stack<Shape*> pshapeStack;
pcircleStack.push(new Circle);
pshapeStack = pcircleStack;
return 0;
}
編譯的，因為Stack<Shape*>不是Stack<Circle*>的父類，然而我們卻希望代碼可以這么工作，那我們就要定義轉換運算符了，Stack代碼如下:
//statck.h
template <class T> class Stack {
public:
Stack();
~Stack();
void push(T t);
T pop();
bool isEmpty();
template<class T2> operator Stack<T2>();
private:
T *m_pT;
int m_maxSize;
int m_size;
};
#include "stack.cpp"
template <class T> Stack<T>::Stack(){
m_maxSize = 100;
m_size = 0;
m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T> Stack<T>::~Stack() {
delete [] m_pT ;
}
template <class T> void Stack<T>::push(T t) {
m_size++;
m_pT[m_size - 1] = t;
}
template <class T> T Stack<T>::pop() {
T t = m_pT[m_size - 1];
m_size--;
return t;
}
template <class T> bool Stack<T>::isEmpty() {
return m_size == 0;
}
template <class T> template <class T2> Stack<T>::operator Stack<T2>() {
Stack<T2> StackT2;
for (int i = 0; i < m_size; i++) {
StackT2.push((T2)m_pT[m_size - 1]);
}
return StackT2;
}
//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
#include "shape.h"
int main() {
Stack<Circle*> pcircleStack;
Stack<Shape*> pshapeStack;
pcircleStack.push(new Circle);
pshapeStack = pcircleStack;
return 0;
}
這樣，Stack<Circle>或者Stack<Circle*>就可以自動轉換為Stack<Shape>或者Stack<Shape*>,如果轉換的類型是Stack<int>到Stack<Shape>，編譯器會報錯。
其他
一個類沒有模板參數，但是成員函數有模板參數，是可行的，代碼如下:
class Util {
public:
template <class T> bool equal(T t1, T t2) {
return t1 == t2;
}
};
int main() {
Util util;
int a = 1, b = 2;
util.equal<int>(1, 2);
return 0;
}
甚至可以把Util的equal聲明為static,代碼如下:
class Util {
public:
template <class T> static bool equal(T t1, T t2) {
return t1 == t2;
}
};
int main() {
int a = 1, b = 2;
Util::equal<int>(1, 2);
return 0;
}
總結
到此這篇關于C++模板template用法總結的文章就介紹到這了,更多相關C++模板template用法內容請搜索億速云以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持億速云！
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