第20课 - 函数模板

1. C++中如何交换两个变量的值？

void Swap(int& a, int& b)

{

int t = a;

a = b;

b = t;

}

void Swap(float& a, float& b)

{

float t = a;

a = b;

b = t;

}

void Swap(char *& a, char *& b)

{

char *& t = a;

a = b;

b = t;

}

除了类型不同，函数体代码完全相同。C++强调代码复用，那如何来解决代码冗余的问题呢？

2. 泛型编程

不考虑具体类型的编程模式。我们先考虑算法，再考虑类型。

对于Swap函数可以考虑下面的泛型写法

void Swap(T& a, T& b)

{

T t = a;

a = b;

b = t;

}

Swap泛型写法中的T不是一个具体的数据类型，而是泛指任意的数据类型。

（1）函数模板

提供了一种特殊的函数可用不同类型进行调用，看起来和普通的函数很相似，区别是类型可被参数化。

template <typename T>

void Swap(T& a, T& b)

{

T t = a;

a = b;

b = t;}

（2）函数模板的语法规则

template关键字用于声明开始进行泛型编程。

typename关键字用于声明泛指类型。

（3）函数模板的应用

自动类型推导调用

具体类型显示调用

#include <cstdlib>

#include <iostream>

using namespace std;

template<typename T>

void Swap(T& a, T& b)

{

T t = a;

a = b;

b = t;

}

int main(int argc, char *argv[])

{

int a = 1;

int b = 2;

Swap(a, b); //自动类型推导：a和b均是int，因此类型参数T为int

cout<<"a = "<<a<<endl;

cout<<"b = "<<b<<endl;

float fa = 3;

float fb = 4;

Swap<float>(fa, fb);  //显示类型调用：用loat替换参数类型T

cout<<"fa = "<<fa<<endl;

cout<<"fb = "<<fb<<endl;

char ca = 'a';

char cb = 'b';

Swap(ca, cb);

cout<<"ca = "<<ca<<endl;

cout<<"cb = "<<cb<<endl;

cout << "Press the enter key to continue ...";

cin.get();

return EXIT_SUCCESS;

}

运行结果：

a = 2

b = 1

fa = 4

fb = 3

ca = b

cb = a

3. 泛型编程初体验（排序算法）

#include <cstdlib>

#include <iostream>

using namespace std;

template<typename T>

void Swap(T& a, T& b)

{

T t = a;

a = b;

b = t;

}

template<typename T>

void SelectSort(T array[], int length)//选择排序

{

for(int i = 0; i<length; i++) //全循环

{

T min = array[i];

int index = i;

for(int j = i+1; j < length; j++)

{

if( array[j] < min)  //找最小

{

min = array[j];

index = j;

}

}

Swap(array[i],array[index]);

}

}

int main(int argc, char *argv[])

{

int array[] = {3, 2, 5, 3 , 4};

SelectSort<int>(array, 5);

for(int i=0; i<5; i++)

{

cout<<array[i]<<endl;

}

char ca[] = {'b', 'c', 'a', 'e', 'd', 'f'};

SelectSort(ca, 6);

for(int i=0; i<6; i++)

{

cout<<ca[i]<<endl;

}

cout << "Press the enter key to continue ...";

cin.get();

return EXIT_SUCCESS;

}

运行结果：

2

3

3

4

5

a

b

c

d

e

f

l  函数模板的深入理解：

编译器并不是把函数模板处理成为能够处理任意类型的函数。

编译器从函数模板通过具体类型产生不同的函数。（用几个类型产生几个函数）

编译器会对函数模板进行两次编译：在声明的地方对模板代码本身进行编译，在调用的地方对参数替换后的代码进行编译。

问：

当函数模板遇到函数重载会发生什么？

4. 函数模板与函数重载

函数模板可以像普通函数一样被重载。C++编译器优先考虑普通函数，如果函数模板可以产生一个更好的匹配，那么选择模板。可以通过空模板实参列表的语法限定编译器只通过模板匹配。

#include <cstdlib>

#include <iostream>

using namespace std;

int Max(int a, int b) //与函数模板重名，这两者重载。 这两个函数不会发生冲突。

{

cout<<"int Max(int a, int b)"<<endl;

return a > b ? a : b;

}

template<typename T> //优先考虑普通函数。

T Max(T a, T b)

{

cout<<"T Max(T a, T b)"<<endl;

return a > b ? a : b;

}

template<typename T>

T Max(T a, T b, T c)

{

cout<<"T Max(T a, T b, T c)"<<endl;

return Max(Max(a, b), c);

}

int main(int argc, char *argv[])

{

int a = 1;

int b = 2;

cout<<Max(a, b)<<endl;

cout<<Max<>(a, b)<<endl;

cout<<Max(3.0, 4.0)<<endl;

cout<<Max(5.0, 6.0, 7.0)<<endl;

cout<<Max('a', 100)<<endl; //不允许自动类型转换，只能调用普通函数。

cout << "Press the enter key to continue ...";

cin.get();

return EXIT_SUCCESS;

}

运行结果：

int Max(int a, int b)

2

T Max(int a, int b)

2

T Max(int a, int b)

4

T Max(T a, T b, T c)

T Max(int a, int b)

T Max(int a, int b)

7

int Max(int a, int b)

100

注意事项：

函数模板不允许自动类型转化，普通函数能够进行自动类型转换。

cout<<Max(‘a’, 100)<<endl; 必然只会调用普通函数。

5. 多参数函数模板

函数模板可以定义任意多个不同的类型参数

template<typename T1, typename T2, typename RT>

RT Add(T1 a, T2 b)

{

return static_cast<RT>(a + b)

}

cout<<Add<char, float, double >(‘a’, 100)<<endl;

问题：

多类型参数的模板可以进行自动类型推导吗？

当生命的类型参数为返回值类型时，无法进行自动类型推导。

#include <cstdlib>

#include <iostream>

using namespace std;

template<typename RT, typename T1, typename T2>

RT Add(T1 a, T2 b)

{

return static_cast<RT>(a + b);

}

int main(int argc, char *argv[])

{

cout<<Add<double, char, float>('a', 100.0f)<<endl;

cout<<Add<double>('a', 100.0f)<<endl;   //只定义返回值类型

//cout<<Add('a', 100.0f)<<endl;  这样写会报错

cout << "Press the enter key to continue ...";

cin.get();

return EXIT_SUCCESS;

}运行结果：

197

197

l  不完美的解决方案

将返回值类型参数声明到第一个参数的位置，调用时只需显示声明反水类型参数即可。

小结：

函数模板起始是一个具有相同行为的函数家族。

函数模板可以根据类型实参对函数进行推导调用。

函数模板可以显示指定的类型参数。

函数模板可以被重载。