C++泛型程式設計之函數模板

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泛型語義

　　泛型(Generic Programming)，即是指具有在多種資料類型上皆可操作的含意。泛型編
程的代表作品 STL 是一種高效、泛型、可互動操作的軟體組件。
　　泛型程式設計最初誕生於 C++中，目的是為了實現 C++的 STL（標準模板庫）。其語言支
持機制就是模板（Templates）。
　　模板的精神其實很簡單：型別參數化(type parameterized)，即，類型也是一種參數，
也是一種靜多態。 換句話說， 把一個原本特定於某個類型的演算法或類當中的類型資訊抽掉，
抽出來做成模板參數。

 

函數模板

引子：重載函數，雖然在一定程度上達到了多類型適應的目的，但是不徹底，且有二義性存在。

#include <iostream>using namespace std;void myswap(int & a, int &b)
{　　int t = a;　　a = b;　　b = t;} 
void myswap(double & a, double &b)
{　　double t = a;　　a = b;　　b = t;} 

int main()
{　　long a = 2; long b = 3;　　myswap(a,b); //ambiguous　　cout<<a<<b<<endl;　　return 0;}

 

函數模板

文法：在一個函數的參數表， 傳回型別和函數體中使用參數化類別型。

template<typename/class 型別參數 T1， typename/class 型別參數 T2,...>

特點：結構上與普通函數無異，但是在傳入參數和傳回值上做了泛化

傳回型別 函數模板名(函數參數列表){函數模板定義體}

案例：（概念比較抽象，請通過案例來觀察其特點）

關於類型，今後我們會在部落格的迭代中說明，多個不同型別參數的情況如何處理。

函數模板與普通函數的區別無非就是將函數參數高度抽象化，使其具備處理更多資料類型的能力。

特性小結

1）嚴格匹配，不存在隱式轉化。

2）先執行個體化，再調用。

3）型別參數可以省略。

4）尺有所長，寸有所短。

 

原理：

　　編譯器並不是把函數模板處理成能夠處理任意類的函數； 編譯器從函數模板通過
具體類型產生不同的函數； 編譯器會對函數模板進行兩次編譯： 在聲明的地方對模板
代碼本身進行編譯， 在調用的地方對參數替換後的代碼進行編譯。

 

函數模板的應用——將快速排序演算法實現模板化

#include <iostream>#include <typeinfo>using namespace std;
template<typename T>void quickSort(T * array,int left, int right){　　if(left<right)　　{　　　　int low = left; int high = right;　　　　T pivot = array[low];　　　　while(low<high)　　　　{　　　　　　while(array[high] >= pivot && high>low )　　　　　　　　high--;　　　　　　array[low] = array[high];　　　　　　while(array[low] <= pivot&& high>low)　　　　　　　　low++;　　　　　　array[high] = array[low];
　　　　} 
　　array[low] = pivot;　　quickSort(array,left,low-1);　　quickSort(array,low+1,right);　　}} 

int main(){　　int array[10] = {1,3,5,7,2,4,6,8,0,9};　　quickSort<int>(array,0,9);　　for(auto i:array)　　{　　　　cout<<i<<endl;　　}}

 

函數模板的預設參數

　　函數模板，在調用時，先執行個體化為模板函數，然後再調用。當然也可以設定預設類
型的預設值。由於系統強大的自動推導能力，有時預設也沒有太大的意義。

template<typename T = int>void quickSort(T * array,int left, int right)

 

模板特化

　　就是在執行個體化模板時，對特定類型的實參進行特殊處理，即執行個體化一個特殊的執行個體版本。

template<typename T> int compare( T &a, T &b)template<> int compare < const char * >( const char* &a, const char* &b)

　　當以特化定義時的形參使用模板時，將調用特化版本，模板特化分為全特化和偏特
化，函數模板的特化，只能全特化；

　　比如我們在比較兩個數的大小時：

#include <iostream>#include <string.h>using namespace std;
template<typename T> int compare( T &a, T &b){　　if(a > b) return 1;　　else if(a < b)return -1;　　else return 0;} 


//實參為兩個 char 指標時， 比較的是指標的大小，//而不是指標指向內容的大小， 此時就需要為該函數模板定義一個特化版本， 即特殊處理的版本：template<> int compare < const char * >( const char* &a, const char* &b){　　return strcmp(a,b);} 
int main(){　　int a = 3; int b = 5;　　cout<<compare(a,b)<<endl;　　string str1 = "abc",str2 ="abc";　　cout<<compare(str1,str2)<<endl;　　char * p1 = "abc",*p2= "def";　　cout<<compare(p1,p2)<<endl;　　cout<<compare(p2,p1)<<endl;　　return 0;}

關於模板特化的認識

模板特化的原因：當前函數模板的邏輯或者功能，不能滿足特定參數的需求。

模板特化的方式：將需要特化的參數提前”布置“到模板中去，提前預定模板，之後傳入需要特化的參數時便可以

優先調用經過該參數特化的模板。

 

適用情境

　　函數模板，只適用於函數的參數個數相同而類型不同，且函數體相同的情況。如果
個數不同，則不能用函數模板。

 

C++泛型程式設計之函數模板