C++ 面向对象（类和对象）—— 函数模板_模板类对象 c++

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文章目录

• 模板
• • 一、模板简介
  • 二、函数模板
  • • 2.1函数模板的基本语法
    • • 2.1.1函数模板的调用方式
    • 2.2函数模板的注意事项
    • 2.4函数模板案例
    • 2.5普通函数和函数模板的区别
    • 2.5.1隐式类型转换
    • 2.6普通函数和函数模板的调用规则
    • 2.7模板的局限性
    • • 2.7.1运算符重载
      • 2.7.2具体化模板

模板

• 本阶段主要针对于==C++范式编程和STL技术==进行详细讲解，探讨 C++ 更深层的应用

  template — 类模板
template — 函数模板

这两种模板的形式，在作用上是无差别的，唯一用法可能只是在于对函数模板和类模板的区分

一、模板简介

1. 类型安全：模板提供了类型安全，因为编译器会在编译时检查类型错误。
2. 代码重用：通过使用模板，你可以编写一次代码，然后对多种类型重用它，从而减少代码重复，提高复用性。
3. 性能：模板在编译时实例化，这意味着没有运行时开销，性能通常比使用虚函数或动态类型识别（如 typeid）更好。

模板就是建立通用的摸具，大大提高复用性

• 模板的特点：
  • 模板不可以直接使用，它只是一个框架
  • 模板的通用并不是万能的

二、函数模板

• C++的另一种编程思想叫做泛型编程，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

2.1函数模板的基本语法

• 函数模板的作用：

  ​ 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制定，用一个虚拟类型来代表

C++void func(int a); | | 返回值类型 形参类型 T T 使用虚拟类型T来代表

语法：template + 后紧跟 + 函数声明或定义
紧跟的这一部分（函数声明或定义）就叫做函数模板

• template ---> 声明创建模板
• typename ---> 表示其后面的符号是一种数据类型，也可以使用class代替
• T ---> 通用的数据类型，名称可替换

模板存在的意义：数据类型的参数化

• 当我们打算实现两数交换，但我们并不明确两数的数据类型，我们可以写出无数种方式

C++ 内置数据类型 void SwapInt(int& x, int& y){ int temp = x; x = y;y = temp;}void SwapDouble(double& x, double& y){double temp = x;x = y;y = temp;}自定义数据类型void SwapPerson(Person& x, Person& y);...

• 但是，我们发现，除返回值类型与参数的数据类型不同外，其余代码逻辑都是相同的
• 于是函数模板就实现了

2.1.1函数模板的调用方式

C++ //声明一个模板，告诉编译器T是一个通用的数据类型，及告诉编译器模板T后紧跟着的那段代码不要报错！ template<typename T> void My_Swap(T& x, T& y){ T temp = x; x = y; y = x;}--->模板的使用方式：int main() { //1.自动类型推导 My_Swap(参数1， 参数2); //2.显示指定类型(推荐 - 隐式类型转换) - 明确告诉编译器你想要的数据类型 My_Swap<数据类型>(参数1， 参数2);---><int>(a, b); }

2.2函数模板的注意事项

注意事项：

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

1.自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T

C++ template<typename T> void My_Swap(T& x, T& y){...}int main(){ int a = 1, b = 2; char c = \'a\'; My_Swap(a, b);--->true My_Swap(a, c);--->false return 0;}

2.模板必须要确定T的数据类型

C++ template<typename T>void func()--->函数体 func() 是函数模板，但没有指定模板参数 T 的具体类型{cout<< \"func() 的调用\" << endl;}int main(){func();--->也没有在调用 func 时提供类型参数 //如果想调用func()，那么可以给模板显示指定一个数据类型 func<int>();--->这样，就可以调用到func()return 0;}

2.4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，可以对不同的数据类型进行排序

• 排序规则从大到小，排序算法为选择排序

• 分别用char数组和int数组进行排序

1.逐一解决模板，首先我们需要先建立一个排序模板

#includeusing namespace std;template<typename T>void My_Sort(T arr[], int len){for (int i = 0; i < len; i++){int pos = i;//默认当前i位置下标所对应的元素为最大元素for (int j = i + 1; j < len; j++){if (arr[pos] < arr[j]) pos = j;} //当发现arr[i]不是最大值时，进行交换if (pos != i) My_Swap(arr[pos], arr[i]);}}void test01(){char chArr[] = \"udoijqwadcknzx\"; My_Sort(chArr, sizeof(chArr) / sizeof(char)); }int main(){test01();return 0;}

2.在我们搭建排序模板的过程中，我们发现我们还需要一个支持两数交换的模板

C++template<typename T>void My_Swap(T& x, T& y){T temp = x;x = y;y = temp;}

3.当我们所有的算法步骤解决后，我们就可以再次利用模板的方式来输出结果了

C++//输出模板template<typename T>void My_Print(T arr[], int len){for (int i = 0; i < len; i++) cout << arr[i] << \" \";}

4.总代码：

#includeusing namespace std;//交换模板template<typename T>void My_Swap(T& x, T& y){T temp = x;x = y;y = temp;}//排序模板 - 从大到小template<typename T>void My_Sort(T arr[], int len){for (int i = 0; i < len; i++){int pos = i;//默认当前i位置下标所对应的元素为最大元素for (int j = i + 1; j < len; j++){if (arr[pos] < arr[j]) pos = j;}//当发现arr[i]不是最大值时，进行交换if (pos != i) My_Swap(arr[pos], arr[i]);}}//输出模板template<typename T>void My_Print(T arr[], int len){for (int i = 0; i < len; i++) cout << arr[i] << \" \";}void test01() {char charArr[] = \"dasjhdaxaodnqb\";My_Sort(charArr, sizeof(charArr) / sizeof(char));My_Print(charArr, sizeof(charArr) / sizeof(char));}void test02(){int intArr[] = { 4,8,4,3,1,3,1,3,13,3,21,56,46 };My_Sort(intArr, sizeof(intArr) / sizeof(int));My_Print(intArr, sizeof(intArr) / sizeof(int));}int main(){test01();cout << endl;test02();return 0;}

2.5普通函数和函数模板的区别

普通函数与 函数模板 的区别（是否会发生隐式类型转换）：

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

2.5.1隐式类型转换

• 在编程语言中，隐式类型转换 是指在程序运行过程中，由编译器自动进行的类型转换，而不需要程序员显式地指定。例如，在C++中，如果将一个整数赋值给一个浮点数变量，编译器会自动将整数转换为浮点数。这种转换是隐式的，因为它是在程序员不知情的情况下由编译器完成的。

隐式类型转换的常见情况：

• 数值类型之间的转换

  在**C++**中，当将一个较小范围的整数类型（如char或short）赋值给一个较大范围的整数类型（如int）时，会发生隐式类型转换。例如：

C++ char c = \'a\';int i = c; // char类型隐式转换为int类型输出结果97

C++ int Add(int x, int y) return x + y;void test() { int a = 10; char c = \'a\'; //发生隐式类型转换 cout << Add(a, c) << endl;--->109 }

• 函数模板 - 无法推导出一致的数据类型

C++template<typename T>void My_Add(T& x, T& y){return x + y;}int main(){int a = 10;char c = \'c\';//1.自动类型推导cout << My_Add(a, c);--->false//2.显示指定类型cout << My_Add<int>(a, c);--->true，会发生隐式类型转换return 0;}

• 总结：建议使用显示类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型

2.6普通函数和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.如果函数模板可以发生更好的匹配，优先调用函数模板

C++ void My_Print(int a, int b)--->哪怕只有函数声明 void My_Print(int a, int b);{  也无法直接调用不加空模板参数列表修饰的函数模板cout << \"调用普通函数\" << endl;}template<typename T>void My_Print(T& a, T& b){cout << \"调用函数模板\" << endl;}int main(){int a = 10, b = 20;My_Print(a, b);return 0;}

• 空模板参数列表：强制调用函数模板

C++ My_Print<>(a, b);

• 函数模板也可以发生函数重载

C++template<typename T>void My_Print(T& a, T& b){cout << \"调用函数模板\" << endl;}template<typename T>void My_Print(T& a, T& b, T& c){cout << \"调用重载的函数模板\" << endl;}

• 函数模板可以产生更好的匹配时，编译器会优先调用函数模板

C++ void My_Print(int a, int b){cout << \"调用普通函数\" << endl;}template<typename T>void My_Print(T& a, T& b){cout << \"调用函数模板\" << endl;}int main(){char c1 = \'a\', c2 = \'b\';My_Print(c1, c2);return 0;}

• 因为编译器认为，调用普通函数时还需要进行隐式类型转换，那就过于麻烦了，所以就不去调用普通函数了。

总结：当我们使用函数模板时，最好减少使用普通函数，否则容易出现二义性

2.7模板的局限性

局限性：

• 模板不是万能的

例如：

C++template<typename T> void f(T& a, T& b){ a = b;}

如上述代码中，提供一个赋值操作，如果 a 和 b 是一个数组，就无法实现了

再例如：

C++ template<typename T> void f(T& a, T& b){ if(a > b){ ... }}

如上述代码中，如果 T 的数据类型传入的是像 Pereson 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，提供了模板的重载，可以为这些特定的数据类型提供具体化的模板

C++class Person{public:Person(string Name, int Age){this->Name = Name;this->Age = Age;}public:string Name;int Age;};template<class T>bool My_Compare(T& x, T& y){return x == y;}int main(){Person p1(\"啦啦啦\", 20);Person p2(\"呦呦呦\", 3);cout << (My_Compare(p1, p2) ? \"p1 == p2\" : \"p1 != p2\") << endl;return 0;}

2.7.1运算符重载

• 解决方法一：运算符重载

C++class Person { public: bool operator== (const Person& other) cosnt{ return Name == other.Name && Age == other.Age; } };

2.7.2具体化模板

• 利用 Person具体化的模板实现代码，且这种基于具体化实现的模板会优先被调用

C++template<typename T>bool My_Compare(T& p1, T& p2)--->函数模板声明{return p1 == p2;}template<> bool My_Compare(Person& p1, Person& p2){return p1.Name == p2.Name && p1.Age == p2.Age;}

• 相比于运算符重载，模板具体化的优点：可以省去对每一个运算符都进行重载的过程，大大降低了代码量

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，而是为了在 STL 中能够运用系统提供的模板

🌟 各位看官好，我是工藤新一¹呀~

🌈 愿各位心中所想，终有所致！

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