C++函数模板的详细讲解【函数模板的概念、用法及其模板函数的概念知识】
目录
- 前言
- C++函数模板的使用
- 函数模板语法
- 1.模板说明
- 2.函数定义
- 3.函数模板调用
- 模板函数
- 函数模板和函数重载
- 嵌套使用函数模板
- 函数模板和普通函数在一起,调用规则
- 在Linux中反汇编查看函数模板被调用的机制
前言
C++提供了模板(template)编程的概念。所谓模板,实际上是建立一个通用函数或类,其类内部的类型和函数的形参类型不具体指定,用一个虚拟的类型来代表。这种通用的方式称为模板。模板是泛型编程的基础,泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。
C++函数模板的使用
为什么要有函数模板
例如,在一个项目中,有个项目需求是能够实现多个函数用来返回两个数的最大值,要求能支持char类型、int类型、double类型变量。然后呢,根据这个需求,我们写了以下这个代码。
#include <iostream>using namespace std;//比较int 类型
int Max(int a, int b)
{return a > b ? a : b;
}//比较char 类型
char Max(char a, char b)
{return a > b ? a : b;
}//比较float 类型
float Max(float a, float b)
{return a > b ? a : b;
}int main(void)
{int n = 1;int m = 2;cout << "max(1, 2) = " << Max(n, m) << endl;float a = 2.0;float b = 3.0;cout << "max(2.0, 3.0) = " << Max(a, b) << endl;char i = 'a';char j = 'b';cout << "max('a', 'b') = " << Max(i, j) << endl;return 0;
}
执行得到
我们看到,如果我们需要比较多个类型时,需要多个函数,而实际上我们只需要定义一个 “函数” 就能解决。
#include <iostream>using namespace std;//template 关键字告诉C++编译器 要开始泛型编程了
//T - 参数化数据类型
template <typename T>
T Max(T a, T b) {return a > b ? a : b;
}int main(void)
{int n = 1;int m = 2;cout << "max(1, 2) = " << Max(n, m) << endl;float a = 2.0;float b = 3.0;cout << "max(2.0, 3.0) = " << Max(a, b) << endl;char i = 'a';char j = 'b';cout << "max('a', 'b') = " << Max(i, j) << endl;return 0;
}
得到的结果是一样的
我们在定义一个函数模板之后,,没有指定类型,编译器会实现参数类型的自动推导。
函数模板语法
所谓函数模板,实际上是建立一个通用函数,其函数类型和形参类型不具体指定,用一个虚拟的类型来代表。这个通用函数就称为函数模板。
凡是函数体相同的函数都可以用这个模板来代替,不必定义多个函数,只需在模板中定义一次即可。在调用函数时系统会根据实参的类型来取代模板中的虚拟类型,从而实现了不同函数的功能。
函数模板定义形式
由以下三部分组成: 模板说明 + 函数定义 + 函数模板调用
template < 类型形式参数表 >
类型 函数名 (形式参数表)
{
//语句序列
}
我们也可以定义多个类型
template <typename T, typename T2>
但是我们定义了一定要用,否则会报错
将代码改成
#include <iostream>using namespace std;//template 关键字告诉C++编译器 要开始泛型编程了
//T - 参数化数据类型
template <typename T, typename T2>
T Max(T a, T2 b) {return a > b ? a : b;
}int main(void){int n = 6;int m = 9;cout << Max(n, m) << endl;system("pause");return 0;
}
1.模板说明
template < 类型形式参数表 >
类型形式参数的形式:
typename T1 , typename T2 , …… , typename Tn
或 class T1 , class T2 , …… , class Tn
(注意:
typename
和 class
的效果是一样的,不过建议呢使用typename,为了防止用class有歧义)
2.函数定义
类型 函数名 (形式参数表)
{
}
注意: 模板说明的类属参数必须在函数定义中出现一次,函数参数表中可以使用类属类型参数,也可以使用一般类型参数
3.函数模板调用
Max<int,int>(a, b); //显式类型调用
Max(a, b); //自动数据类型推导
我们再来看以下代码
#include <iostream>using namespace std;//template 关键字告诉C++编译器 要开始泛型编程了
//T - 参数化数据类型
template <typename T, typename T2>
T Max(T a, T2 b) {return a > b ? a : b;
}int main(void){int n = 6;int m = 9;char a = 'c'; //'c' 对应的ascll码值是 99cout << "Max<int, char>(m, a): " << Max<int, char>(m, a) << endl; //显式类型调用cout << "Max(m, a): " << Max(m, a) << endl; //自动数据类型推导cout << "Max(a, m): " << Max(a, m) << endl; //自动数据类型推导return 0;
}
为什么会这样呢?因为我们在定义函数模板的时候第一个类型作为了函数类型。
模板函数
也就是,在我们编译的时候,编译器内部会自动生成这些模板函数,然后再进行调用,当然,这些都是编译器内部生成的,我们可以不用去了解太深,我们知道这个概念就可以了。
如果我们来比较类的两个对象
#include <iostream>using namespace std;//定义一个类
class Son {public:Son(int age) { m_age = age; }~Son(){}int getAge() { return m_age; }private:int m_age;
};//template 关键字告诉C++编译器 要开始泛型编程了
//T - 参数化数据类型
template <typename T, typename T2>
T Max(T a, T2 b) {return a > b ? a : b;
}int main(void){Son s1(18); Son s2(21);cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2).getAge() << endl;/** 模板函数 在类的对象中, 不认识 > 这个符号Son Max(Son s1, Son s2){return a > b ? a : b;}*/return 0;
}
就会出现这样的错误
因为在类对象的比较中,不认识这个 > 的符号,所以我们想要能成功执行,我们得在类中实现 > 的运算符重载
#include <iostream>using namespace std;//定义一个类
class Son {public:Son(int age) { m_age = age; }~Son(){}int getAge() { return m_age; }//重载 > 运算符bool operator >(Son& res) {if (this->m_age > res.m_age) return true;return false;}private:int m_age;
};//template 关键字告诉C++编译器 要开始泛型编程了
//T - 参数化数据类型
template <typename T, typename T2>
T Max(T a, T2 b) {return a > b ? a : b;
}int main(void){Son s1(18); Son s2(21);cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2).getAge() << endl;/** 模板函数 在类的对象中, 不认识 > 这个符号Son Max(Son s1, Son s2){return a > b ? a : b;}*/return 0;
}
这样就可以执行得出结果了
函数模板和函数重载
我们先来看一下这个demo
#include <iostream>using namespace std;template <typename T>
void Test(T& a, T& b) {T c;c = a;a = b;b = c;cout << "Test 函数模板被调用了.." << endl;
}void Test(int& a, int& b) {int c;c = a;a = b;b = c;cout << "Test 普通函数被调用.." << endl;
}int main(void) {int n = 99;int m = 65;Test(n, m);return 0;
}
这是来观察,当存在函数模板和普通对应的函数的时候,会调用哪个函数
可以看到 当函数模板和普通函数并存的时候,参数类型会和普通重载函数更加匹配
我们把普通函数注释掉,我们才能看到调用函数模板
如果普通函数和函数模板都在的情况下,我们非要使用函数模板,这个怎么实现呢,很简单,如果显式的使用函数模板,则使用<> 类型列表。
如果我们将一个传递的参数改为别的类型
不存在对应的普通函数,函数模板不会提供隐式的类型转换,必须是严格的类型匹配
函数模板和普通函数区别结论:
两者允许并存
函数模板不允许自动类型转化
如果有函数模板和普通函数的时候,普通函数的参数类型不不一致的时候,也会调用普通函数,因为会有隐式的转换,但是如果有函数模板的时候,函数模板会产生更好的匹配,使用函数模板。
有更好的函数模板的时候,会选择函数模板
嵌套使用函数模板
在函数模板中,我们也可以嵌套使用函数模板。
#include <iostream>using namespace std;template<typename T>
T Max(T a, T b)
{cout << "调用 T Max(T a, T b)" << endl;return a > b ? a : b;
}template <typename T>
T Max(T a, T b, T c) {cout << "调用 T Max(T a, T b, T c)" << endl;return Max(Max(a, b), c);
}int main(void) {int a = 1;int b = 2;int c = 3;Max(a, b, c);system("pause");return 0;
}
注意:
嵌套中的函数要声明在这个函数之前,否则编译器会找不到哪个函数,然后会报错
函数模板和普通函数在一起,调用规则
1 函数模板可以像普通函数一样被重载
2 C++编译器优先考虑普通函数
3 如果函数模板可以产生一个更好的匹配,那么选择模板
4 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
在Linux中反汇编查看函数模板被调用的机制
在Linux创建一个cpp文件
保存退出之后编译生成指定的汇编的文件
然后查看这个汇编文件,找到我们熟悉的main函数
再执行一个有函数模板的CPP文件
在main函数中调用了函数模板
从上面可以看出,我们只是定义了一个函数模板,而在调用的时候,内部会自动帮我们生成一个模板函数,然后再执行这个模板函数,得到我们想要的结果
结论
- 编译器并不是把函数模板处理成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
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