初识C++模板-编程知识

初识C++模板

1 引入模板

实现一个算法：返回两个变量中的较大的一个，并支持不同的数据类型。如果不使用C++模板，会有哪些选择呢？

根据数据类型一遍一遍实现算法

int max_int(int x, int y) {return x > y ? x : y;
}int max_double(double x, double y) {return x > y ? x : y;
}

使用void *指针，然后指定比较函数

typedef const void *(*cmp)(const void *, const void *);const void *max_cmp(const void *x, const void *y, cmp f)
{return f(x, y);
}const void *cmp_int(const void *x, const void *y) {const int *ix = (const int *)x;const int *iy = (const int *)y;return *ix > *iy ? x : y;
}const void *cmp_double(const void *x, const void *y) {const double *dx = (const double *)x;const double *dy = (const double *)y;return *dx > *dy ? x : y;
}

使用继承，定义一个接口类，由派生类实现比较函数

class base
{
public:virtual bool max_than(const base &rhs) const = 0;
};class I : public base {
public:I(int i) : m_data(i) {}virtual bool max_than(const base &rhs) const {const I &other = dynamic_cast<const I &>(rhs);return m_data > other.m_data;}public:int m_data;
};class D : public base {
public:D(int d) : m_data(d) {}virtual bool max_than(const base &rhs) const {const D &other = dynamic_cast<const D &>(rhs);return m_data > other.m_data;}public:double m_data;
};const base &max_class(const base &x, const base &y) {return x.max_than(y) ? x : y;
}

仔细观察，会发现三种方案都存在不同程度的冗余。

方案一冗余程度最高，没有任何复用可言。这种方案不仅增加了工作量，还增加了维护成本。每当需要支持一种新的数据类型，都需要重新实现一遍算法；如果算法更新，还需要同步到各个实现。

方案二和方案三的本质是一样的，对原有数据类型进行封装，通过回调方式解决数据类型差异问题。不同之处在于方案二使用void指针实现，存在严重的类型安全问题（但这也是C语言中的唯一选择）；方案使用继承，通过基类引用取代了void指针。

通过与上面这些方案对比，使用模板实现这个算法就简单的多了，如下：

#include <cstdio>
#include <string>
#include <string>template <typename T>
T max_(T x, T y)
{return x > y ? x : y;
}int main(int argc, char **argv)
{printf("%d\n", max_(10, 20));printf("%f\n", max_(10.1, 20.2));std::string s1("a");std::string s2("b");printf("%s\n", max_(s1, s2).c_str());return 0;
}

2 模板的本质

模板的本质是一种c++多态，又称编译时多态。尽管源码中仅有一个函数，但却实现了对多种类型的支持。为什么会有如此神奇的事情？因为C++编译器有一个神奇的技能——无中生有。通过“objdump --syms template | grep max_”查看可执行程序的符号表，程序中确实包含三个名称包含max_的函数，如下：

可执行程序中的三个函数，与源码中的max_函数是什么关系呢？不妨做个实验。

实验一数据类型为double的调用实例，发现可执行程序中名称包含max_的函数少了一个；

#include <cstdio>
#include <string>
#include <string>template <typename T>
T max_(T x, T y)
{return x > y ? x : y;
}int main(int argc, char **argv)
{printf("%d\n", max_(10, 20));std::string s1("a");std::string s2("b");printf("%s\n", max_(s1, s2).c_str());return 0;
}

增加一行数据类型为int的调用实例，发现可执行程序中名称包含max_的函数并未增加；

#include <cstdio>
#include <string>
#include <string>template <typename T>
T max_(T x, T y)
{return x > y ? x : y;
}int main(int argc, char **argv)
{printf("%d\n", max_(10, 20));printf("%d\n", max_(50, 10));std::string s1("a");std::string s2("b");printf("%s\n", max_(s1, s2).c_str());return 0;
}